Hiệu suất của bảo vệ catot bằng dòng điện ngoài cho công trình kim loại ngầm trong môi trường đất

4862(3) 3.2020
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
Mở đầu
Các hệ thống đường ống dẫn ngầm trong môi trường đất 
và các bể chứa là các cơ sở hạ tầng thiết yếu của ngành công 
nghiệp. Trong môi trường đất, các công trình kim loại rất dễ 
bị ăn mòn và đây là một vấn đề nghiêm trọng cả về kỹ thuật 
cũng như kinh tế. Theo một số khảo sát, khoảng 70% các 
ống kim loại đen bị hư hỏng do vấn đề ăn mòn tại các nước 
Canađa, Anh và Úc [1]. Có nhiều yếu tố khác nhau của môi 
trường đất có ảnh hưởng nghiêm trọng đến tốc độ ăn mòn 
của các công trình kim loại trong đất, bao gồm pH, độ ẩm, 
độ dẫn điện, nhiệt độ, độ thấm... Các nguyên nhân này cũng 
dẫn đến sự đa dạng của các loại hình ăn mòn các công trình 
kim loại trong môi trường đất như ăn mòn đều, ăn mòn lỗ, 
ăn mòn khe và ăn mòn hốc [1, 2].
Chống ăn mòn kim loại là yêu cầu bắt buộc theo các tiêu 
chuẩn kỹ thuật quốc tế và trong nước khi thi công xây dựng 
các công trình ngầm trong môi trường đất. Có nhiều phương 
pháp khác nhau có thể sử dụng chống ăn mòn cho các công 
trình kim loại trong môi trường đất như sử dụng sơn phủ, 
chất ức chế trong đó, phương pháp bảo vệ catot bằng 
dòng điện ngoài ICCP là hiệu quả nhất, với thời gian bảo vệ 
có thể lên tới 30 năm tùy theo mục đích sử dụng. Nguyên 
tắc của phương pháp bảo vệ catot là ngăn cản sự hình thành 
các vùng anot trên bề mặt kim loại bằng cách cung cấp đủ 
điện tử đến các vùng anot để không cho quá trình ăn mòn 
kim loại xảy ra. Hình 1 là sơ đồ nguyên lý của phương pháp 
bảo vệ catot bằng dòng điện ngoài ICCP. Trong hệ thống 
ICCP, cực âm của nguồn điện một chiều được nối với công 
trình cần bảo vệ và cực dương nối với điện cực phụ (gang 
silic, graphit, hợp kim chì, Pt, hỗn hợp ôxit dẫn điện...) được 
nhúng trong môi trường điện ly. Khi có một dòng điện một 
chiều DC được áp vào từ một điện cực phụ qua môi trường 
điện ly đến bề mặt kim loại, dòng điện sẽ ưu tiên chạy đến 
vùng catot, do đó điện thế ở vùng này sẽ dịch chuyển về 
phía âm do phân cực catot và đạt đến điện thế của vùng 
anot. Khi catot phân cực đến điện thế bằng điện thế anot thì 
những pin ăn mòn sẽ bị loại trừ. 
Nguồn điện 
− DC + 
Điên cực phụ 
(Anot ) Pt 
(Pt, MMO) 
Thép cần bảo vệ 
Hiệu suất của bảo vệ catot bằng dòng điện ngoài 
cho công trình kim loại ngầm trong môi trường đất
Nguyễn Ngọc Phong, Đỗ Chí Linh*, Phạm Hồng Hạnh, Phạm Thy San, Ngô Thị Ánh Tuyết
Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam
Ngày nhận bài 18/11/2019; ngày chuyển phản biện 22/11/2019; ngày nhận phản biện 25/12/2019; Ngày chấp nhận đăng 31/12/2019
Tóm tắt:
Các hệ thống bồn chứa và các hệ thống ống dẫn đặt ngầm trong môi trường đất là các cơ sở hạ tầng thiết yếu của 
nền kinh tế. Dưới ảnh hưởng của các điều kiện môi trường như độ ẩm, pH, vấn đề ăn mòn của các công trình kim 
loại ngầm trong đất gây ảnh hưởng rất lớn về kinh tế cũng như kỹ thuật. Bảo vệ catot bằng dòng điện ngoài (ICCP) 
là một phương pháp hiệu quả nhất trong chống ăn mòn cho các công trình ngầm trong môi trường đất và được quan 
tâm nghiên cứu nhiều trên thế giới. Trong nghiên cứu này, phương pháp bảo vệ catot ICCP sử dụng anot trơ nền 
titan phủ hỗn hợp ôxit kim loại (MMO) chống ăn mòn cho kim loại thép cacbon trong môi trường đất đã được triển 
khai. Ảnh hưởng của các môi trường đất khác nhau đến tốc độ ăn mòn của các ống thép cacbon cũng đã được khảo 
sát. Cuối cùng, hiệu suất bảo vệ catot tại các giá trị điện thế bảo vệ -0,85 V, -0,95 V và -1,05 V (Ag/AgCl) trong các 
môi trường đất khác nhau đã được nghiên cứu đánh giá.
Từ khóa: anot trơ phủ hỗn hợp ôxit kim loại MMO, ăn mòn, bảo vệ catot, điện thế bảo vệ, môi trường đất.
Chỉ số phân loại: 2.5
*Tác giả liên hệ: Email: linhdc@ims.vast.ac.vn
Hình 1. Nguyên lý bảo vệ catot bằng dòng điện ngoài.
Nguồn điện 
− DC + 
Điên cực phụ 
(Anot ) Pt 
(Pt, O) 
Thép cần bảo vệ 
4962(3) 3.2020
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 
Hiện nay, công nghệ ICCP đã được áp dụng phổ biến 
trong chống ăn mòn cho các công trình ngầm trong đất. Tiêu 
chuẩn phổ biến áp dụng trong phương pháp là điện thế bảo 
vệ của công trình cần đạt được tối thiểu -850 mV (Ag/AgCl) 
[1, 3]. Tuy nhiên, trong môi trường đất, sự đồng đều vật chất 
là rất khó xảy ra nên hiệu suất chống ăn mòn khi áp dụng 
phương pháp ICCP là rất khác nhau. Do đó, các nghiên cứu 
về ảnh hưởng của các thông số môi trường đất, các thông số 
bảo vệ của hệ thống ICCP và mô phỏng môi trường nghiên 
cứu đánh giá hiệu suất hệ thống bảo vệ ICCP vẫn đang rất 
được quan tâm nghiên cứu trên thế giới [4-6]. 
Tại Việt Nam, việc chống ăn mòn cho các công trình 
ngầm cũng đã được quan tâm nghiên cứu bởi các trường đại 
học và viện nghiên cứu chuyên ngành. Phương pháp ICCP 
cũng đã được nghiên cứu ứng dụng cho bảo vệ một số công 
trình ngầm trong đất. Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã 
nghiên cứu bảo vệ tuyến đường ống dẫn xăng dầu của Xí 
nghiệp xăng dầu B12 Quảng Ninh bằng hệ anot gang silic. 
Các tuyến ống dẫn ngầm trong đất tại Nhà máy đạm Phú 
Mỹ, đạm Cà Mau, Nhà máy lọc dầu Bình Sơn (Dung Quất) 
cũng đã được lắp đặt hệ thống ICCP. Tuy nhiên, việc chế tạo 
và lắp đặt hệ thống bảo vệ tại các nhà máy này đều do các 
công ty nước ngoài thực hiện. Từ năm 2006 Viện Khoa học 
Vật liệu đã nghiên cứu chế tạo điện cực anot trơ trên cơ sở 
titan phủ hỗn hợp ôxit kim loại (MMO) để ứng dụng trong 
một số lĩnh vực, trong đó có lĩnh vực bảo vệ catot chống ăn 
mòn. Hệ anot trơ phủ hỗn hợp ôxit kim loại quý hiếm này 
mặc dù có giá thành đầu tư cao nhưng thể hiện nhiều tính 
năng vượt trội, nên ngày nay được áp dụng rộng rãi trên 
khắp thế giới. Năm 2010 Viện Khoa học Vật liệu đã thiết 
kế chế tạo hệ thống bảo vệ catot cho Xí nghiệp xăng dầu 
Vũng Tàu để bảo vệ tuyến đường ống dẫn xăng dầu chạy 
dưới biển từ cảng xuất nhập vào đất liền. Như vậy, việc 
nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống ICCP chống ăn mòn 
cho các công trình ngầm là rất cần thiết nhằm làm chủ được 
công nghệ và cung cấp thiết bị thay thế các thiết bị nhập 
ngoại. Trong nghiên cứu này, công nghệ bảo vệ catot ICCP 
sử dụng anot trơ nền titan phủ hỗn hợp ôxit kim loại MMO 
chống ăn mòn cho kim loại thép cacbon trong môi trường 
đất đã được triển khai. Ảnh hưởng của các môi trường đất 
khác nhau đến ăn mòn kim loai thép cacbon cũng đã được 
khảo sát. Cuối cùng, hiệu suất bảo vệ catot tại các giá trị 
điện thế bảo vệ -0,85 V, -0,95 V và -1,05 V (Ag/AgCl) trong 
các môi trường đất khác nhau đã được nghiên cứu đánh giá.
Thực nghiệm
Chế tạo điện cực anot trơ MMO
Anot trơ nền ti tan phủ hỗn hợp ôxit kim loại MMO 
được chế tạo bằng phương pháp phân hủy nhiệt. Dung dịch 
phủ lên bề mặt titan để tạo lớp phủ ôxit được chuẩn bị từ 
các muối kim loại: clorua rutheni RuCl
3
.xH
2
O, clorua iridi 
Efficiency of impressed current 
cathodic protection 
for underground metallic structures
Ngoc Phong Nguyen, Chi Linh Do*, 
Hong Hanh Pham, Thy San Pham, Thi Anh Tuyet Ngo
Institute of Materials Science, 
Vietnam Academy of Science and Technology
Received 18 November; accepted 31 December 2019
Abstract:
All over the world, gas, water and oil pipelines, storage 
tanks and many other structures buried in the soil 
have been played an impotant role in the economy. 
Under the soil environmental factors such as moisture, 
pH, etc the corrosion of metallic structures buried 
in soil or in contact with soil has caused the serious 
engineering and economic problems. Impressed current 
cathodic protection ICCP has been the most effective 
method for corrosion prevention of the underground 
metallic tructures. In this paper, an ICCP system using 
titanium anode coated with mixed metallic oxides 
MMO for corrosion prevention of ferrous pipelines was 
investigated. The influence of various soil environment 
on corrosion rate of ferrous pipelines was also evaluated. 
Finally, the efficiency of ICCP system at protection 
potentials of -0.85 V, -0.95 V, and -1.05 V (Ag/AgCl) in 
the various soil environments was studied.
Keywords: corrosion, impressed current cathodic 
protection ICCP, mixed metallic oxides MMO, 
protection potentials, soil.
Classification number: 2.5
5062(3) 3.2020
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
IrCl
4
.xH
2
O và clorua titan TiCl
3
. Ngoài ra còn dùng một 
số hoá chất khác trong quá trình chế tạo anot như butanol, 
HCl... Thành phần dung dịch phủ và quy trình tạo lớp phủ 
ôxit theo tài liệu [7, 8].
Chuẩn bị môi trường đất trong thí nghiệm
Để khảo sát ảnh hưởng của điện trở đất đến hiệu suất bảo 
vệ catot, ba loại đất có thành phần khác nhau đã được chuẩn 
bị trong nghiên cứu, bao gồm:
- Mẫu đất 1 (M1): đất thịt trộn cát sông tỷ lệ 1: 1 về khối 
lượng.
- Mẫu đất 2 (M2): đất thịt trộn cát sông tỷ lệ 1: 3 về khối 
lượng. 
- Mẫu đất 3 (M3): đất thịt trộn cát sông tỷ lệ 1: 3 về khối 
lượng và pha thêm Cl- nồng độ 500 ppm.
Các mẫu đất sau khi pha trộn được đổ vào hộp gỗ có kích 
thước 300x80x80 cm được chia làm ba khoang. Hình ảnh 
của hệ thống bảo vệ catot được thể hiện trên hình 2.
Hình 2. Hình ảnh chuẩn bị thí nghiệm bảo vệ catot cho các mẫu 
thép trong môi trường đất.
Thí nghiệm bảo vệ catot
Chín mẫu ống thép (ký hiệu tương ứng O1, O2, O3, O4, 
O5, O6, O7, O8 và O9) được chôn trong các môi trường đất 
khác nhau M1, M2 và M3. Mỗi môi trường đất được chôn 
ba mẫu cùng với điện cực anot MMO và các mẫu này được 
áp các điện thế bảo vệ tương ứng là -0,85 V, -0,95 V và 
-1,05 V đo theo điện cực so sánh Ag/AgCl. Các giá trị điện 
thế này được đo và điều chỉnh hàng ngày sử dụng một hệ 
thống biến trở. Các giá trị dòng điện đi qua mỗi mẫu được 
đo bằng ampe kế và ghi lại giá trị theo thời gian. Thời gian 
thử nghiệm được thực hiện trong 100 ngày. Ngoài ra, các 
mẫu thép không được bảo vệ catot cũng được chôn với cùng 
điều kiện để làm đối chứng.
Các mẫu thép được nghiên cứu đánh giá bằng phương 
pháp chụp ảnh và phương pháp tổn hao khối lượng. Trong 
phương pháp tổn hao khối lượng, các mẫu được xác định 
khối lượng trước và sau khi thử nghiệm bảo vệ catot. Khối 
lượng của mẫu thép được đo bằng cân có độ chính xác tới 
0,01 g. Từ các kết quả này có thể tính được tổn hao khối 
lượng của các mẫu khi có và không có bảo vệ catot. Thêm 
nữa, cũng từ các giá trị tổn hao khối lượng này có thể xác 
định được hiệu suất bảo vệ catot tại các điều kiện khác nhau 
theo công thức:
Hiệu suất bảo vệ = 
Thí nghiệm bảo vệ catot 
Chín mẫu ống thép (ký hiệu tương ứng O1, O2, O3, O4, O5, O6, O7, O8 và O9) 
được chôn trong các môi trường đất khác nhau M1, M2 và M3. Mỗi môi trường đất 
được chôn ba mẫu cùng với điện cực anot MMO và các mẫu này được áp các điện 
thế bảo vệ tương ứng là -0,85 V, -0,95 V và -1,05 V đo theo điện cực so sánh 
Ag/AgCl. Các giá trị điện thế này được đo và điều chỉnh hàng ngày sử dụng một hệ 
thống biến trở. Các giá trị dòng điện đi qua mỗi mẫu được đo bằng ampe kế và ghi lại 
giá trị theo thời gian. Thời gian thử nghiệm được thực hiện trong 100 ngày. Ngoài ra, 
các mẫu thép không được bảo vệ catot cũng được chôn với cùng điều kiện để làm đối 
chứng. 
Các mẫu thép được nghiên cứu đánh giá bằng phương pháp chụp ảnh và phương 
pháp tổn hao khối lượng. Trong phương pháp tổn hao khối lượng, các mẫu được xác 
định khối lượng trước và sau hi thử nghiệm bảo vệ ca ot. Khối lượng của mẫu thép 
được đo bằng cân có độ chính xác tới 0,01 g. Từ các kết quả này có thể tính được tổn 
hao khối lượng của các mẫu khi có và không có bảo vệ catot. Thêm nữa, cũng từ các 
giá trị tổn hao khối lượng này có thể xác định được hiệu suất bảo vệ catot tại các điều 
kiện khác nhau theo công thức: 
Hiệu suất bảo vệ = 
Trong đó: Δm1 là tổn hao khối lượng của các mẫu không được bảo vệ catot, g; 
Δm2 là tổn hao khối lượng của các mẫu có bảo vệ catot, g. 
Kết quả và thảo luận 
Nghiên cứu ăn mòn của mẫu thép trong môi trường đất. 
Trong đó: Δm
1
 là tổn hao khối lượ c ẫu không 
được bảo vệ cat t, g; Δm
2 
là tổn hao khối lượng của các mẫu 
có bảo vệ catot, g.
Kết quả và thảo luận
Nghiên cứu ăn mòn của mẫu thép trong môi trường 
đất
Hình 3. Bề mặt mẫu thép trước và sau thử nghiệm ăn mòn trong 
môi trường đất với thời gian 100 ngày: (A) Mẫu trước thử nghiệm, 
(B) Mẫu thử nghiệm trong môi trường đất M1, (C) Mẫu thử nghiệm 
trong môi trường đất M2, (D) Mẫu thử nghiệm trong môi trường đất 
M3.
Hình 3 là hình ảnh bề mặt mẫu thép trước và sau khi thử 
nghiệm. Các mẫu trước thử nghiệm có bề mặt sạch và bóng. 
Sau thử nghiệm ăn mòn trong đất với thời gian 100 ngày, 
quan sát bề mặt mẫu có thể thấy rõ các mẫu đã bị ăn mòn 
cục bộ và xuất hiện rất nhiều các lỗ và hốc ăn mòn. Điều 
này có thể do đặc trưng môi trường đất có sự rất không đồng 
đều nên dễ tạo ra sự khác biệt về nồng độ chất gây ăn mòn 
trên toàn bộ bề mặt mẫu. Bề mặt mẫu thử nghiệm trong môi 
trường đất M3 dường như bị ăn mòn nhiều hơn với sự xuất 
hiện của mật độ hốc ăn mòn nhiều hơn. Nguyên nhân có thể 
được lý giải do sự có mặt thêm của ion Cl- với nồng độ 500 
ppm đã làm giảm điện trở của đất và làm tăng tốc độ ăn mòn 
của mẫu thép.
Thực nghiệm 
Chế tạo điện cực anot trơ MMO 
Anot trơ nền ti tan phủ hỗn hợp ôxit kim loại MMO được chế tạo bằng phương 
pháp phân hủy nhiệt. Dung dịch phủ lên bề mặt titan để tạo lớp phủ ôxit được chuẩn 
bị từ các muối kim loại: clorua rutheni RuCl3.xH2O, clorua iridi IrCl4.xH2O và clorua 
titan TiCl3. Ngoài ra còn dùng một số hoá chất khác trong quá trình chế tạo anot như 
butanol, HCl... Thành phần dung dịch phủ và quy trình tạo lớp phủ ôxit theo tài liệu 
[7, 8]. 
Chuẩn bị môi trường đất trong thí nghiệm 
 Để khảo sát ảnh hưởng của điện trở đất đến hiệu suất bảo vệ catot, ba loại đất 
có thành phần khác nhau đã được chuẩn bị trong nghiên cứu, bao gồm: 
- Mẫu đất 1 (M1): đất thịt trộn cát sông tỷ lệ 1: 1 về khối lượng 
- Mẫu đất 2 (M2): đất thịt trộn cát sông tỷ lệ 1: 3 về khối lượng. 
- Mẫu đất 3 (M3): đất thịt trộn cát sông tỷ lệ 1: 3 về khối lượng và pha thêm 
Cl- nồng độ 500 ppm. 
 Các mẫu đất sau khi pha trộn được đổ vào hộp gỗ có kích thước 300x80x80 
cm được chia làm ba khoang. Hình ảnh của hệ thống bảo vệ catot được thể hiện trên 
hình 2. 
Hình 2. Hì h ảnh chuẩn bị thí nghiệm bảo vệ catot cho các mẫu thép trong môi 
trường đất. 
Thực nghiệm 
hế tạo điện cực anot trơ MMO 
Anot trơ nền ti tan phủ hỗn hợp ôxit kim loại MMO được chế tạo bằng phương 
pháp phân hủy nhiệt. Dung dịch phủ lên bề mặt titan để tạo lớp phủ ôxit được chuẩn 
bị từ các muối kim loại: clorua rutheni RuCl3.xH2O, clorua iridi IrCl4.xH2O và clorua 
titan TiCl3. Ngoài ra còn dùng một số hoá chất khác trong quá trình chế tạo anot như 
butanol, HCl... Thành phần dung dịch phủ và quy trình tạo lớp phủ ôxit theo tài liệu 
[7, 8]. 
Chuẩn bị môi trường đất trong thí nghiệm 
 Để khảo sát ảnh hưởng của điện trở đất đến hiệu suất bảo vệ catot, ba loại đất 
có thành phần khác nhau đã được chuẩn bị trong nghiên cứu, bao gồm: 
- Mẫu đất 1 (M1): đất thịt trộn cát sông tỷ lệ 1: 1 về khối lượng 
- Mẫu đất 2 (M2): ất thịt trộn cát sông tỷ lệ 1: 3 về khối lượng. 
t 3 ( 3): đất thịt trộn cát sông tỷ lệ 1: 3 về khối lượng và pha thêm 
Cl- nồng độ 500 ppm. 
 Các mẫu đất sau khi pha trộn được đổ vào hộp gỗ có kích thước 300x80x80 
cm được chia làm ba khoang. Hình ảnh của hệ thống bảo vệ catot được thể hiện trên 
hình 2. 
Hình 2. Hình ảnh chuẩn bị thí nghiệm bảo vệ catot cho các mẫu thép trong môi 
trườ g đất. 
Thực nghiệm 
Chế tạo điện cực anot trơ MMO 
Anot trơ nền ti tan phủ ỗ hợp ôxit kim loại MMO được chế tạo bằng phương 
pháp phân hủy nhiệt. Dung dịch phủ lên bề mặt titan để tạo lớp phủ ôxit được chuẩn 
bị từ các muối kim loại: clorua rutheni RuCl3.xH2O, clorua iridi IrCl4.xH2O và clorua 
titan TiCl3. Ngoài ra còn dùng một số hoá chất khác trong quá trình chế tạo anot như 
butanol, HCl... Thành phần dung dịch phủ và quy trình tạo lớp phủ ôxit theo tài liệu 
[7, 8]. 
Chuẩn bị môi trường đất tro g thí ng iệm 
 Để khảo s t ảnh hưởng của điện trở đất đến hiệu suất bảo vệ catot, ba loại đất 
có thành phần khác nhau đã được chuẩn bị trong ghiên cứu, bao gồm: 
- Mẫu đất 1 (M1): đất thịt trộn cát sông tỷ lệ 1: 1 về khối lượng 
- Mẫu đất 2 (M2): đất t ịt trộn cát sông tỷ lệ 1: 3 về khối lượng. 
- Mẫu đất 3 (M3): đất thịt trộn cát sông tỷ lệ 1: 3 về khối lượng và pha thêm 
Cl- nồng độ 500 ppm. 
 Các mẫu đất sa khi pha trộn được đổ vào hộp gỗ có kích thước 300x80x80 
cm được chia làm ba khoang. Hình ảnh của hệ thống bảo vệ catot được thể hiện trên 
hình 2. 
Hình 2. Hình ảnh chuẩn bị thí nghiệm bảo vệ catot cho các mẫu thép trong môi 
trường đất. 
(A) 
(B) 
(C) 
(D) 
Hình 3. Bề mặt mẫu thép trước và sau thử nghiệm ăn mòn trong môi trường đất 
với thời gian 100 ngày: (A) Mẫu trước thử nghiệm, (B) Mẫu thử nghiệ trong môi 
trường đất M1, (C) Mẫu thử nghiệm trong môi trường đất M2, (D) Mẫu thử n iệ 
trong môi trường đất M3. 
Hình 3 là hình ảnh bề mặt mẫu thép trước và sau khi thử nghiệm. Các mẫu 
trước thử nghiệm có bề mặt sạch và bóng. Sau thử nghiêm ăn mòn trong đất với thời 
gian 100 ngày, quan sát bề mặt mẫu có thể thấy rõ các mẫu đã bị ăn mòn cục bộ và 
xuất hiện rất nhiều các lỗ và hốc ăn mòn. Điều này có thể do đặc trưng môi trường 
đất có sự rất không đồng đều ên dễ tạo ra sự khác biệt về nồng độ chất gây ăn mòn 
trên toàn bộ bề mặt mẫu. Bề mặt mẫu thử nghiệm trong môi trường đất M3 dường 
như bị ăn mòn nhiều hơn với sự xuất hiện của mật độ hốc ăn mòn nhiều hơn. Nguyên 
nhân có thể được lý giải do sự có mặt thêm của ion Cl- với nồng độ 500 ppm đã làm 
giảm điện trở của đất và là tăng tốc độ ăn mòn của mẫu thép. 
Bảng 1 là các giá trị điện thế ăn mòn của các mẫu thép trong các môi trường 
đất khác nhau trước khi được áp dòng điện bảo vệ. Nhìn chung, các giá trị điện thế 
của các mẫu thép đều khá âm, chứng tỏ các mẫu này có thể sẽ bị ăn mòn nhiều trong 
các môi trường đất thử nghiệm. 
Bảng 1. Điện thế ăn mòn của các mẫu thép trong các môi trường đất khác nhau. 
Môi trường đất M1 M2 M3 
(A) 
(B) 
(C) 
(D) 
Hình 3. Bề mặt mẫu thép trước và sau thử nghiệm ăn mòn trong môi trường đất 
với thời gian 100 ngày: (A) Mẫu trước thử nghiệm, (B) Mẫu thử nghiệm trong môi 
trường đất M1, (C) Mẫu thử nghiệm trong môi trường đất M2, (D) Mẫu thử nghiệm 
trong môi trường đất M3. 
Hình 3 là hì h ảnh bề mặt mẫu thép trước và sau khi thử nghiệm. Các mẫu 
trước thử nghiệm có bề mặt sạch và bóng. Sau thử nghiêm ăn mòn trong đất với thời 
gian 100 ngày, quan sát bề mặt mẫu có thể thấy rõ các mẫu đã bị ăn mòn cục bộ và 
xuất hiện rất nhiều các lỗ và hốc ăn mòn. Điều này có thể do đặc trưng môi trường 
đất có sự rất không đồng đều nên dễ tạo ra sự khác biệt về nồng độ chất gây ăn mòn 
trên toàn bộ bề mặt mẫu. Bề mặt mẫu thử nghiệm trong môi trường đất M3 dường 
như bị ăn mòn nhiều hơn với sự xuất hiện của mật độ hốc ăn mòn nhiều hơn. Ngu ên 
nhân có thể được lý giải do sự có mặt thêm của ion Cl- với nồng độ 500 ppm đã làm 
giảm điện trở của đất và làm tăng tốc độ ăn mòn của mẫu thép. 
Bảng 1 là các giá trị điện thế ăn mòn của các mẫu thép trong các môi trường 
đất khá nhau trước khi được áp dòng điện bảo vệ. Nhìn chung, các giá trị iệ thế 
của các mẫu thép đều khá â , chứng tỏ các mẫu này có thể sẽ bị ăn mòn nhiều trong 
các môi trường đất thử nghiệm. 
Bảng 1. Điện thế ăn mòn của các mẫu thép trong các môi trường đất khác nhau. 
Môi trường đất M1 M2 M3 
5162(3) 3.2020
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 
Bảng 1 là các giá trị điện thế ăn mòn của các mẫu thép 
trong các môi trường đất khác nhau trước khi được áp dòng 
điện bảo vệ. Nhìn chung, các giá trị điện thế của các mẫu 
thép đều khá âm, chứng tỏ các mẫu này có thể sẽ bị ăn mòn 
nhiều trong các môi trường đất thử nghiệm. 
Bảng 1. Điện thế ăn mòn của các mẫu thép trong các môi trường 
đất khác nhau.
Môi trường đất M1 M2 M3
Mẫu O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 O8 O9
Điện thế ăn mòn 
(mV; Ag/AgCl)
-324 -365 -381 -462 -372 -392 -543 -551 -461
Bảng 2 trình bày các kết quả đo tổn hao khối lượng của 
các mẫu thép đã được thử nghiệm 100 ngày trong các môi 
trường đất khác nhau. Mẫu thép chôn trong môi trường M3 
có giá trị tổn hao khối lượng lớn nhất (lên tới 9,48 g), trong 
khi các giá trị này tương ứng với các môi trường M1 và M2 
chỉ là 3,30 và 6,08 g. Điều này có nghĩa tốc độ ăn mòn của 
mẫu thép trong môi trường đất M3 là cao nhất. 
Bảng 2. Tổn hao khối lượng các mẫu thép không bảo vệ sau 100 
ngày thử nghiệm trong các môi trường đất khác nhau.
Môi trường đất M1 M2 M3
Tổn hao khối lượng (g) 3,30 6,08 9,48
Nghiên cứu ảnh hưởng của môi trường đất đến hiệu 
suất bảo vệ catot
Sau khi đấu điện vận hành hệ thống bảo vệ catot, giá 
trị dòng điện đi qua mỗi mẫu sẽ được đo theo thời gian thử 
nghiệm. Hình 4 biểu diễn đồ thị thay đổi của giá trị dòng 
điện bảo vệ theo thời gian thử nghiệm tại các điện thế bảo vệ 
của hệ thống ICCP khác nhau. Nhìn chung, trong thời gian 
thử nghiệm ban đầu, các giá trị dòng điện bảo vệ cần rất cao. 
Điều này có thể được giải thích do khi bắt đầu, các mẫu cần 
năng lượng đủ lớn để dịch chuyển trạng thái bề mặt sang 
một cân bằng mới. Các phản ứng điện hóa xảy ra trên bề mặt 
mẫu giúp dịch chuyển cân bằng của quá trình ăn mòn kim 
loại theo hướng giảm tốc độ hòa tan của sắt [1, 3, 5]. Sau 
một thời gian thử nghiệm, các giá trị dòng điện bảo vệ giảm 
xuống và dần ổn định. Lúc này, bề mặt mẫu đã đạt cân bằng 
và hiệu quả của quá trình bảo vệ catot đã trở nên rất đáng 
kể. Và từ thời điểm này, mẫu chỉ cần một dòng điện không 
lớn cũng đã đủ để duy trì cho điện thế bề mặt đủ cho yêu 
cầu bảo vệ. Trên các đồ thị, sự ổn định của giá trị dòng điện 
bảo vệ catot cho các mẫu đã được đảm bảo trong suốt 100 
ngày thử nghiệm. Điều này cũng chứng tỏ, điện cực anot trơ 
MMO chế tạo sử dụng trong thử nghiệm này đã có tính chất 
điện rất tốt, vận hành hiệu quả và đã đảm bảo duy trì quá 
trình cung cấp dòng điện cho cả hệ thống bảo vệ catot trong 
suốt thời gian thử nghiệm.
Môi trường đất M1
Môi trường đất M2
Môi trường đất M3
Hình 4. Đồ thị thay đổi dòng điện của các mẫu được áp điện thế 
bảo vệ khác nhau trong các môi trường đất M1, M2 và M3 với thời 
gian thử nghiệm 100 ngày.
Sau 100 ngày thử nghiệm bảo vệ catot, các mẫu ống thép 
được lấy ra khỏi các môi trường đất và tiến hành đo đạc, 
đánh giá hiệu suất bảo vệ catot. Hình 5 là hình ảnh bề mặt 
của các mẫu ống thép được bảo vệ catot tại các điện thế 
bảo vệ -0,85 V, -0,95 V và -1,05 V trong các môi trường đất 
M1, M2 và M3. So với các mẫu đối chứng không được bảo 
vệ, bề mặt các ống vẫn giữ được sự nhẵn mịn và xuất hiện 
rất ít các lỗ và hốc ăn mòn. Điều này đã xác nhận hiệu quả 
chống ăn mòn của phương pháp bảo vệ catot. Với các mẫu 
5262(3) 3.2020
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
thử nghiêm trong môi trường đất M3, tại các giá trị điện thế 
bảo vệ thấp, bề mặt mẫu vẫn xuất hiện các hốc ăn mòn. Hiện 
tượng này chỉ chấm dứt hoàn toàn khi sử dụng giá trị điện 
áp bảo vệ -1,05 V. Điều đó có thể do môi trường đất M3 
có điện trở thấp và sự có mặt thêm của ion Cl- đã làm tăng 
tốc độ ăn mòn nên điều kiện bảo vệ catot cũng cần được áp 
dụng với tiêu chuẩn cao hơn.
Hình 5. Hình ảnh bề mặt của các mẫu ống thép được bảo vệ catot 
tại các điện thế bảo vệ và môi trường đất khác nhau: (A) Điện thế 
bảo vệ -0,85 V trong môi trường đất M1; (B) Điện thế bảo vệ -0,95 V 
trong môi trường đất M1; (C) Điện thế bảo vệ -1,05 V trong môi trường 
đất M1; (D) Điện thế bảo vệ -0,85 V trong môi trường đất M2; (E) Điện 
thế bảo vệ -0,95 V trong môi trường đất M2; (F) Điện thế bảo vệ -1,05 
V trong môi trường đất M2; (G) Điện thế bảo vệ -0,85 V trong môi 
trường đất M3; (H) Điện thế bảo vệ -0,95 V trong môi trường đất M3; 
(I) Điện thế bảo vệ -1,05 V trong môi trường đất M3.
Các mẫu sau thử nghiệm được đánh giá tổn hao khối 
lượng bằng phương pháp cân mẫu trước và sau khi thử 
nghiệm. Bảng 3 thể hiện các kết quả tổn hao trọng lượng 
của các mẫu được bảo vệ catot tại các điện thế bảo vệ -0,85 
V, -0,95 V và -1,05 V trong các môi trường đất M1, M2 và 
M3. Khi có bảo vệ catot, tốc độ ăn mòn của các mẫu thép 
giảm xuống rất nhiều. Tại giá trị điện thế bảo vệ -1,05 V, các 
mẫu thép có tổn hao trọng lượng rất nhỏ, nghĩa là các mẫu 
hầu như đã không bị ăn mòn.
Bảng 3. Kết quả đo tổn hao khối lượng của các mẫu ống thép 
được bảo vệ catot tại các điện thế bảo vệ -0,85 V, -0,95 V và -1,05 
V trong các môi trường đất M1, M2 và M3.
Môi trường đất
Điện thế bảo vệ (V; Ag/AgCl)
-0,85 V -0,95 V -1,05 V
M1 0,75 g 0,64 g 0,59 g
M2 0,47 g 0,27 g 0,19 g
M3 2,03 g 1,50 g 0,23 g
Bằng cách so sánh tương đối các giá trị tổn hao khối 
lượng của các mẫu khi có và không có bảo vệ catot, giá trị 
hiệu suất bảo vệ catot cho các mẫu đã được tính toán và rút 
ra. Hình 6 là đồ thị biểu diễn hiệu suất bảo vệ catot cho các 
mẫu tại các giá trị điện thế bảo vệ -0,85 V, -0,95 V và -1,05 
V trong các môi trường đất M1, M2 và M3. Các giá trị hiệu 
suất bảo vệ đều tăng khi tăng giá trị điện thế bảo vệ. Với môi 
trường đất M3, hiệu suất bảo vệ chỉ đạt khoảng 39% khi áp 
điện thế bảo vệ -0,85 V. Tại giá trị điện thế -1,05 V, hiệu suất 
bảo vệ catot đạt được rất cao, lên tới 98% trong cả ba loại 
môi trường đất.
Hình 6. Đồ thị hiệu suất bảo vệ catot cho các mẫu tại các giá trị 
điện thế bảo vệ -0,85 V, -0,95 V và -1,05 V trong các môi trường 
đất M1, M2 và M3.
Kết luận
1) Môi trường đất có ảnh hưởng nhiều đến tốc độ ăn mòn 
của các mẫu thép. Trong điều kiện thử nghiệm 100 ngày, các 
mẫu thép bị ăn mòn cục bộ với sự xuất hiện rất nhiều các 
lỗ và hốc ăn mòn. Mẫu thép chôn trong môi trường M3 bị 
ăn mòn nhiều nhất, với giá trị tổn hao khối lượng lớn nhất 
lên tới 9,8 g.
2) Hiệu suất chống ăn mòn của hệ thống bảo vệ catot 
ICCP trong ba loại môi trường đất khác nhau đã được nghiên 
cứu đánh giá. Với điện áp bảo vệ -1,05 V (Ag/AgCl), hiệu 
suất bảo vệ cao nhất cho các mẫu thép chôn trong đất của hệ 
thống bảo vệ catot ICCP lên tới 98%, nghĩa là các mẫu thép 
hầu như không bị ăn mòn.
(A) 
(B) 
(C) 
(D) 
(E) 
(F) 
 (G) 
 (H) 
(I) 
Hình 5. Hình ảnh bề mặt của các mẫu ống thép được bảo vệ catot tại các điện 
thế bảo vệ và môi trường đất khác nhau: (A) Điện thế bảo vệ -0,85 V trong môi 
trường đất M1; (B) Điện thế bảo vệ -0,95 V trong môi trường đất M1; (C) Điện thế 
bảo vệ -1,05 V trong môi trường đất M1; (D) Điện thế bảo vệ -0,85 V trong môi 
trường đất M2; (E) Điện thế bảo vệ -0,95 V trong môi trường đất M2; (F) Điện thế 
bả vệ -1,05 V trong môi trường đất M2; (G) Điện thế bảo vệ -0,85 V trong môi 
trường đất M3; (H) Điện thế bảo vệ -0,95 V trong môi trường đất M3; (I) Điện thế 
5362(3) 3.2020
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 
LỜI CẢM ƠN
Bài báo này được hoàn thành với sự hỗ trợ kinh 
phí của đề tài NCVCC 04.07/19-19. Các tác giả xin trân 
trọng cảm ơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] L. Lazzari, P. Pedeferri (2006), Cathodic protection, 1st edision.
[2] A.E. Romer, G.E. Bell (2001), Causes of external corrosion on 
buried water mains, Pipeline Division Specialty Conference.
[3] TCVN 6051:1995, Hệ bảo vệ catot - Yêu cầu thiết kế, lắp đặt 
và kiểm tra.
[4] Muhammad Wasim, Shahrukh Shoaib, N.M. Mubarak, 
Inamuddin, Abdullah M. Asiri (2018), “Factors influencing corrosion 
of metal pipes in soils”, Environmental Chemistry Letters, 16, pp.879-
961.
[5] Roman Kodym, Dalimil Snita, Vlastimil Fíla, Karel Bouzek, 
Milan Kouril (2017), “Investigation of processes occurring at 
cathodically protectedunderground installations: Mathematical 
modeling of reaction transport processes in soil”, Corrosion Science, 
120, pp.28-41.
[6] Mingjie Dai, Jing Liu, Feng Huang, Yaohua Zhang, Y. Frank 
Cheng (2018), “Effect of cathodic protection potential fluctuations on 
pitting corrosion of X100 pipeline steel in acidic soil environment”, 
Corrosion Science, 143, pp.428-437.
[7] Nguyễn Ngọc Phong, Đỗ Chí Linh, Phạm Hồng Hạnh, Phạm 
Quang Ngân, Phạm Xuân Ngọc (2019), “Nghiên cứu phát triển hệ 
thống bảo vệ catot bằng dòng điện ngoài chống ăn mòn vỏ tàu biển”, 
Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam series B, 61(3), tr.53-57.
[8] Nguyễn Ngọc Phong, Đỗ Chí Linh, Phạm Hồng Hạnh, Phạm 
Xuân Ngọc (2017), “Nghiên cứu điện cực anot trơ hỗn hợp oxit kim 
loại cho bảo vệ catot chống ăn mòn vỏ tàu biển”, Tạp chí Hóa học, 
55, tr.388-391.