Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Прочносвязанная вода
Прочносвязанная вода - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Прочносвязанная вода
Cтраница 1
Прочносвязанная вода не подчиняется законам гидростатики и в этом отношении сходна с твердым телом. Энергия связи этой воды с частицами породы настолько значительна ( см. рис. 3.2), что ее можно отжать и то лишь частично при давлениях, равных десяткам и сотням мегапаскалеи. [1]
Доля прочносвязанной воды увеличивается с ростом адсорбционной активности твердой фазы промывочной жидкости и вводимых в нее химических реагентов, а также с повышением концентрации названных компонентов. [2]
Глинистые частицы гидратированы и окружены слоем прочносвязанной воды с аномальными электропроводными свойствами. Общая электропроводность глинистых частиц со слоем связанной воды равна хЧгл - Предполагается, что какое-то количество электролита приходится на скелет породы, которое либо участвует в общей ее проводимости, либо не участвует. Такая модель согласно табл. 1 и 2 представляет собой четырехкомпонентную многофазную систему с поверхностными фазами. [3]
Таким образом, можно предположить, что прочносвязанная вода выполняет роль как бы склеивающей добавки. Видимо, чем больше воды этой категории будет содержать глинистая порода в исходном состоянии, тем более устойчивой она будет в жидкой среде. [4]
Существенное влияние на гидрофильно-гидрофобный баланс и эмульгирующую способность глинистых частиц оказывает удаление прочносвязанной воды. [5]
Установленные особенности в поведении образцов глинистых пород удовлетворительно могут быть объяснены разрушением структуры прочносвязанной воды под влиянием электролита. [6]
Как видно из таблицы 34, в диапазоне влажности Сухая почва - максимальная адсорбционная влагоемкость ( МАВ) содержится прочносвязанная вода, удерживаемая адсорбционными силами, значительно превосходящими сосущую силу корней растений. Вода передвигается диффузионно, недоступна растениям. [7]
Но развитие столь мощных адсорбционных напряжений должны мешать, особенно на стадии образования первых двух молекулярных слоев, особые свойства прочносвязанной воды. Эти свойства являются также причиной и тому, что проявление осмотических сил начинается только на стадии появления в породе слабосвязанной воды. [8]
В действительности цпа, поскольку в процессе осушения пород и при свободном гравитационном опорожнении пор со временем извлекается и некоторое количество прочносвязанной воды. [9]
Итак, подчеркнем, что в отличие от ИФС пластовое давление в ГФС не равно гидростатическому и не контролируется, как в ЭФС, масштабами элизии свободных, рыхло - и прочносвязанных вод под действием геостатической нагрузки. [10]
В зависимости от энергии связи адсорбциошю-связанную воду подразделяют на прочносвязанную ( с несколькими уровнями связи) и рыхлосвязанную. Прочносвязанная вода хорошо удерживается поверхностью дисперсных частиц и не удаляется из них даже при огромных давлениях. По своим свойствам она сильно отличается от свободной воды. [11]
При гидратации глинистых частиц образуется прочносвя-занная и рыхлосвязанная вода. Прочносвязанная вода пространственно совпадает с адсорбционным слоем, а рыхлосвязанная вода заполняет диффузный слой ионов. Рыхлосвязанная вода в диффузном слое ионов слагается: из гидратных оболочек самих ионов, молекул воды, ориентированных по отношению к грунтовой частице под действием молекулярных сил притяжения, и той воды, которая попадает в диффузный слой благодаря осмотическому всасыванию. Количество рых-лосвязанной воды находится в прямой зависимости от мощности диффузного слоя ионов. [12]
Подразделяется на прочносвязанную и рыхлоевя-занную воду. Прочносвязанную воду образуют молекулы, непосредственно окружающие частицу грунта. Она удерживается на поверхности частиц с силой, в десятки тысяч раз превосходящей силу тяжести. Слои прочно - связанной воды в свою очередь связывают и ориентируют прилегающие к ним молекулы воды, которые образуют рыхлосвязанную воду. Связанная вода резко отличается по своим свойствам от свободной воды. Ее свойства напоминают свойства твердого тела. При определенных условиях рыхлосвязанная вода может переходить в свободную. [13]
Физически связанная вода имеет большую плотность, чем свободная. В прочносвязанной воде концентрация растворенных веществ ниже, чем в свободной; возможно даже, что она равна нулю. Физически связанная вода недоступна растениям. Предельное количество такой воды принимают равным примерно удвоенной величине максимальной гигроскопической влажности. [14]
Выделение влаги при 333 К до постоянной массы не означает, что в образце не осталось никакой воды. Существуют доказательства существования прочносвязанной воды [113], однако ее присутствие не оказывает заметного влияния на структурно-механические и физико-химические свойства образцов и для наших целей ее можно не учитывать. С этой точки зрения нецелесообразно в ряде случаев определять влажность солей и удобрений методом Фишера, поскольку при этом в реакцию вступает вся гигроскопическая вода и частично кристаллогидратная. [15]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
Прочносвязанная вода - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2
Прочносвязанная вода
Cтраница 2
На примере глинопорошка Куганакского завода ( БАССР) показано, что в качестве компонента смазывающей добавки в глинистый раствор использование глинопорошка, дегидратированного до удаления конституционной воды, не представляет практического значения. С, когда удаляется прочносвязанная вода. [16]
Из рис. 65 видно, что индивидуальные свойства ( радиус, заряд, строение электронных оболочек и др.) обменных катионов в спектрах не проявляются. Вероятно, молекулы 8-оксихинолина взаимодействуют с компенсирующими ионами через молекулы остаточной прочносвязанной воды. Подобное предположение высказано [347] при объяснении результатов ИК-спектральных измерений анилина, адсорбированного на различных катионзамещенных формах пыжев-ского монтмориллонита. [18]
Это изменение будет направлено в сторону снижения устойчивости глины: при уменьшении содержания прочносвязанной воды - в результате роста эффективных напряжений в скелете породы, а при увеличении - за счет разрыва структурных связей гидратационными напряжениями. [19]
Результаты исследований представлены на рис. 3.7 в виде графика зависимости коэффициента устойчивости глины от количества содержащейся в ней прочносвязанной воды. Как видно, эта зависимость имеет линейный характер: с увеличением содержания прочносвязанной воды в исходной глине ее устойчивость растет. [20]
Даунес [117], изучая степень высушивания различных видов шерсти при 105 С, установил, что при скорости потока воздуха от 500 до 1000 мл / мин сухое состояние достигается примерно через 8 мин, если использовать одинаково упакованные воздушно-сухие образцы массой 100 г. Сухим состоянием считается такое, при котором потеря массы за 15 мин не превышает более чем на 0 05 % обычное влагосодержание, соответствующее влажности воздушно-сухого образца ( regain) шерсти. Однако Даунес обнаружил заметное уменьшение массы шерсти после многочасового высушивания и предположил, что при этом степень высушивания зависит от выделения прочносвязанной воды и последующей ее диффузии из волокон шерсти. [21]
При температуре начала замерзания не вся вода в грунтах переходит в лед. Значительная часть воды диффузионной оболочки и прочносвязанная вода не замерзают. Эту воду принято называть незамерзшей. [22]
В глинистых породах минеральные частицы сцеплены коллоидными пленками кремнекислоты, а также пленочной, капиллярной водой и коллоидами глинистых и пылеватых частиц. Поверхность этих частиц покрыта пленками воды, удерживаемыми электромолекулярными силами притяжения, достигающими у поверхности частицы нескольких сотен мегапаекалей. Молекулы воды образуют пленку толщиной в несколько десятков молекул так называемой прочносвязанной воды, вокруг которой располагается второй слой ( под меньшим давлением) рыхлосвязанной воды. За этим слоем имеется свободная вода, заполняющая поры. Связанная вода обладает большими плотностью и вязкостью, чем обычная. Благодаря силам сцепления нескальная порода в сухом состоянии образует прочную массу, которая во влажном состоянии в зависимости от количества воды переходит в пластическое и даже текучее состояние. Нескальные породы могут содержать также песчаные частицы, которые придают породе некоторую жесткость, создавая трение между частицами. [23]
Результаты исследований представлены на рис. 3.7 в виде графика зависимости коэффициента устойчивости глины от количества содержащейся в ней прочносвязанной воды. Как видно, эта зависимость имеет линейный характер: с увеличением содержания прочносвязанной воды в исходной глине ее устойчивость растет. [24]
Молекулы воды, несколько более удаленные от поверхности минеральной частицы, также испытывают значительные силы притяжения. Связь этих молекул с поверхностью частиц оказывается еще настолько большой, что их не удается отделить даже центрифугированием, развивающим силы, в десятки тысяч раз превосходящие силу тяжести. Эти слои молекул воды ( обычно несколько десятков рядов) ориентированы достаточно определенно и составляют прочносвязанную воду. Связанная вода влияет на расположение прилегающих к ней молекул воды в пределах некоторой оболочки, называемой диффузионной. Воду же, находящуюся в пределах этой оболочки, называют ориентированной или рыхлосвязанной. За пределами диффузионной оболочки находится свободная вода, молекулы которой не подвержены электрохимическим силам взаимодействия и не сориентированы по отношению к поверхности минеральной частицы. [25]
Физическое обоснование предложенного в [1] метода оценки трещиноватости пластов по ГИС заключается в следующем. Известно, что в условиях пласта C / z сопротивление зоны проникновения рл в среднем выше истинного сопротивления в 2 - 4 раза. Именно это и позволяет оценить объем фильтрата бурового раствора, проникшего в пласт во время бурения: по данным ГИС из призабойной зоны ( г 0 2 м) оттесняется три четверти объема пластовой соленой воды, которую, видимо, можно считать рыхлосвязан-ной. Если же обратиться к лабораторным данным анализа керна, то они показывают, что объем прочносвязанной воды существенно меньше и составляет обычно 0 3 - 0 5 от объема, определенного по ГИС. Значительное проникновение фильтрата бурового раствора свидетельствует о наличии в пластах трещин, так как без них матрица породы ( при ее проницаемости менее 100 мд) столь интенсивного проникновения обеспечить не сможет. [26]
Физическое обоснование предложенного в [1] метода оценки трещиноватости пластов по ГИС заключается в следующем. Известно, что в условиях пласта CJ сопротивление зоны проникновения ра з среднем выше истинного сопротивления в 2 - 4 раза. Именно это и позволяет оценить объем фильтрата бурового раствора, проникшего в пласт во время бурения: по данным ГИС из призабойной зоны ( г - 0 2 м) оттесняется три четверти объема пластовой соленой воды, которую, видимо, можно считать рыхлосвязан-ной. Если же обратиться к лабораторным данным анализа керна, то они показывают, что объем прочносвязанной воды существенно меньше и составляет обычно 0 3 - 0 5 от объема, определенного по ГИС. [27]
Физически связанная вода - связанная на поверхности минералов, содержится главным образом в глинистых породах. Она удерживается в породе поверхностными силами, действующими на границе твердой и жидкой фаз и по своей природе являющимися электрическими. Физически связанная вода делится на прочно - и рыхлосвязанную. Проч-носвязанная вода ( гидратный слой) толщиной ( 6 - 10) 10 - 7 см образуется путем адсорбции поляризованных молекул воды на поверхности частиц породы и удерживается на контакте с частицей под давлением 1000 МПа, а на внешней границе 0 8 - 1 МПа. Прочносвязанная вода характеризуется низкой диэлектрической постоянной ( до 2), пониженной температурой замерзания ( до - 80 С), повышенной кислотностью. [28]
Вода в мерзлых грунтах может находиться во всех основных состояниях: парообразном, жидком и твердом. Водяной пар находится в порах мерзлого грунта в виде мельчайших капелек воды, которые не соприкасаются с минеральными частицами грунта. Водяной пар наблюдается в порах мерзлого грунта при очень низких температурах. В любом мерзлом грунте при любой отрицательной температуре содержится некоторое количество незамерзшей воды. Например, в мнрголетнемерзлых грунтах содержится от 5 до 25 % незамерзшей воды. Как известно из физики грунтов, минеральные частицы водонасыщенных грунтов плотно окружены адсорбированными молекулами воды. Следующие слои воды образуют область рыхлосвязанной воды. И, наконец, в более удаленных от поверхности частиц местах, где молекулы воды имеют беспорядочное движение и не связаны минеральными частицами, находится свободная вода: Самый плотный слой воды ( прочносвязанная вода) вообще не замерзает. Она с такой силой присоединена к минеральным частицам грунта, что не превращается в кристаллический лед при температуре 84 К. Рыхлосвя-занная вода составляет основную часть незамерзшей воды. [29]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
ПРОЧНО СВЯЗАННАЯ ВОДА - это... Что такое ПРОЧНО СВЯЗАННАЯ ВОДА?
Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии. — М.: Гостоптехиздат. Составитель: А. А. Маккавеев, редактор О. К. Ланге. 1961.
- ГИГРОСКОПИЧЕСКАЯ ВОДА
- ПРОЧНОСТЬ ГОРНЫХ ПОРОД
Смотреть что такое "ПРОЧНО СВЯЗАННАЯ ВОДА" в других словарях:
Вода прочно связанная — (пленочная вода) – вода, образующая на поверхности грунтовых частиц тонкую пленку, толщина которой измеряется несколькими диаметрами молекул воды. [Словарь основных терминов, необходимых при проектировании, строительстве и эксплуатации… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ХИМИЧЕСКИ СВЯЗАННАЯ ВОДА — вода, содержащаяся в кристаллической решетке минералов. В. И. Вернадский (1937 г.) различает химически связанные воды следующих видов: 1) конституционную, наиболее прочно связанную с кристаллической решеткой минерала и выделяющуюся скачкообразно… … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии
Вода гигроскопическая — – прочно связанная вода в грунтах и материалах за счет поглощения водяных паров из воздуха. [Словарь основных терминов, необходимых при проектировании, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог.] Рубрика термина: Водоснабжение, вода… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Вода гигроскопическая — прочно связанная вода в грунте за счет поглощения водяных паров из воздуха. Источник: Справочник дорожных терминов … Строительный словарь
ВОДА ОСМОТИЧЕСКАЯ — (вода диффузных оболочек, физически связанная вода) вода, связанная с поверхностью минералов в породах и почвах. 13. о. подразделяется на рыхло связанную или слабо связанную воду (или осмотически впитанную) и прочно связанную. При поглощении… … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии
ВОДА ГИГРОСКОПИЧЕСКАЯ — 1) в почво грунтах вода, поглощаемая сухими почво грунтами из воздуха. Количество ее зависит от механического состава почво грунтов и относительной влажности воздуха. Количество В. г. определяется путем высушивания образца почвы при t 105 110 °С… … Геологическая энциклопедия
ВОДА ОСМОТИЧЕСКАЯ — связана с поверхностью м лов в п. и почвах; подразделяется на рыхлосвязанную, или слабосвязанную, воду (или осмотически впитанную) и прочносвязанную. При поглощении рыхлосвязанной воды выделение тепла не происходит, поглощение прочно связанной… … Геологическая энциклопедия
Водоснабжение, вода — Термины рубрики: Водоснабжение, вода Автоматически действующая арматура Агломерация Аммонизация воды Вентильная головка Вода … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
ГИГРОСКОПИЧЕСКАЯ ВОДА — См. Прочно связанная вода … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии
ГИГРОСКОПИЧЕСКАЯ ВОДА — вода, физически наиболее прочно связанная с поверхностью частиц молекулярными силами. При ее связывании породой выделяется тепло, называемое теплотой смачивания. Этот энергетический эффект указывает на огромную силу связи Г. в. с частицами. Он… … Словарь по гидрогеологии и инженерной геологии
gidrogeology.academic.ru
Рыхлосвязанная вода - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Рыхлосвязанная вода
Cтраница 1
Рыхлосвязанная вода имеет более низкий энергетический уровень связи, чем прочносвязанная. Ее свойства приближаются к свойствам свободной воды, и она может быть отфильтрована из дисперсных систем при незначительных давлениях. [2]
Рыхлосвязанная вода может перемещаться и в жидком состоянии, причем она равномерно распределяется между отдельными частицами почвы. Рыхлосвязанная вода движется под действием сил поверхностной энергии, вследствие этого она может передвигаться в любых направлениях. [3]
Возникновение рыхлосвязанной воды обусловлено формированием гидратно-ионных, так называемых диффузных слоев жидкости у поверхности частиц. [5]
Количество рыхлосвязанной воды зависит от суммарной поверхности частиц породы, ее влажности, состава адсорбционных ионов и степени минерализации почвенной влаги. Для питания растений рыхлосвязанная вода труднодоступна. [7]
При содержании в грунте рыхлосвязанной воды создаются благоприятные условия для течения коррозионного процесса. Капиллярная и свободная вода, представляющая в условиях грунта различные растворы, содержащие те или иные соли, являются прекрасными электролитами. Эти типы воды благоприятствуют развитию коррозионных процессов. Но при значительном насыщении водой пор грунта резко затрудняется доступ кислорода к поверхности металлического сооружения и скорость коррозии, протекающей с кислородной деполяризацией, снижается. Значительная обводненность грунта ведет за собой падение концентрации солей, что также неблагоприятно отражается на течении электрохимической коррозии. [8]
При гидратации глинистых частиц образуется прочносвя-занная и рыхлосвязанная вода. Прочносвязанная вода пространственно совпадает с адсорбционным слоем, а рыхлосвязанная вода заполняет диффузный слой ионов. Рыхлосвязанная вода в диффузном слое ионов слагается: из гидратных оболочек самих ионов, молекул воды, ориентированных по отношению к грунтовой частице под действием молекулярных сил притяжения, и той воды, которая попадает в диффузный слой благодаря осмотическому всасыванию. Количество рых-лосвязанной воды находится в прямой зависимости от мощности диффузного слоя ионов. [9]
Следует заметить, что количество рыхлосвязанной воды, перешедшее в объем нефти в капельном состоянии, практически не скажется на величине диэлектрической проницаемости пласта, ибо на характеристики высокочастотного электромагнитного поля ( десятки мегагерц), с помощью которого исследуются скважины диэлектрическим методом, решающее влияние оказывает соотношение нефти и воды, а не характер их распределения в поровом пространстве пород. [11]
Доля проводимости породы, обусловленная наличием только рыхлосвязанной воды. [12]
С, причем, чем тоньше будут слои рыхлосвязанной воды, тем больше воздействие поверхности минеральных частиц грунта она будет испытывать и температура замерзания ее будет более низкая. По Достовалову и Кудрявцеву более правильной будет формулировка: связанная вода ( рыхлосвязанная переменного фазового состава) замерзает при тем более низкой температуре, чем интенсивнее в ней процесс уменьшения связей по сравнению со свободной водой и образования зон повышенной подвижности, вследствие противоположного действия смежных структур. Понижение температуры замерзания рыхлосвязанной воды происходит вследствие того, что между слоем связанной воды и воды свободной возникает слой менее связанной и более подвижной, как бы более теплой воды, чем свободная вода, требующий больше энергии и более низкой температуры его кристаллизации. [13]
Первые два способа характеризуются тем, что из суспензии удаляется свободная и частично рыхлосвязанная вода. Минимальная влажность суспензии при этом соответствует пластической консистенции массы. Термическое обезвоживание позволяет удалить из суспензии всю, воду - свободную, рыхло - и прочносвязанную. Поэто если из суспензии необходимо получить пластид массу, можно использовать все три способа. [14]
Недонасыщенностью пласта-коллектора - в результате потери легких фракций углеводородов ( вверх по трещинам) порода обогащается рыхлосвязанной водой. Вместе с тем, часто встречаются пласты с повышенной нефтенасыщенностью, когда отсутствует рыхлосвязанная вода. [15]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Рыхлосвязанная вода - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4
Рыхлосвязанная вода
Cтраница 4
ПАВ они не допускают фильтрации воды даже под значительным напором. Из рассмотренного видно, что при обработке грунта ПАВ существенно изменяются его свойства. Грунт, обработанный ПАВ, меньше сорбирует прочно - и рыхлосвязанные воды, не поднимает воду капиллярно, в нем возникает противокапилляр-ное давление, передвижение рыхлосвязанной воды и фильтрация свободной воды уменьшаются. [46]
Связанная вода входит в состав сольватных оболочек ( § 1.2) и удерживается на поверхности минеральных частиц особыми силами взаимодействия. Наиболее широко она представлена в глинистых породах. Связанная вода подразделяется на прочносвязанную, образованную молекулами адсорбционного слоя, прилегающими к минеральным частицам, и рыхлосвязанную, образованную преимущественно теми молекулами воды, которые притянуты ионами диффузного слоя. В отличие от прочносвязанной рыхлосвязанная вода способна передвигаться от одной частицы к другой под действием молекулярных сил. Она может быть также частично отжата под достаточно большими и длительно действующими статическими нагрузками [10], значительно превышающими, однако, те величины нагрузок, с которыми приходится иметь дело в большинстве практических задач гидрогеомеханики. При приложении к породе динамических нагрузок переход части рыхлосвязанной воды в свободное состояние резко интенсифицируется. [47]
При небольших частотах вращения цилиндра капиллярная вода отделяется, что соответствует участкам на кривых. При увеличении центробежных сил происходит отделение рыхлосвязанной и оставшейся капиллярной воды. С увеличением В / Ц толщина пленки рыхлосвязанной воды увеличивается и кривая приобретает наклонный вид. [48]
В этот промежуток времени в незамерзшем состоянии находилась достаточно жестко ориентированная рыхлосвязанная вода, и, несмотря на непрерывно понижающееся давление, в лед при - 5 С могла переходить только незначительная ее часть. [50]
Продолжается гидратация цемента, сопровождающаяся контракцией. В результате возникновения свободного объема в измерительном сосуде лед получает возможность деформироваться и давление снижается. Увеличение гидравлического давления жидкой среды приводит к понижению температуры ее замерзания. Поэтому уменьшение давления в измерительном сосуде позволяет замерзнуть части рыхлосвязанной воды, которая была в незамерзшем состоянии при той же температуре, но более высоком гидравлическом давлении. Вследствие равенства приращений свободного объема и объема льда давление остается прежним. [51]
При рассмотрении графиков можно видеть, что коэффициент теплопроводности К образцов грунта, находящихся в области положительных температур, почти не изменяется с понижением температуры. В области же отрицательных температур, особенно в диапазоне от 0 до - 1 С, значение коэффициента Я резко возрастает, а дальнейшее понижение температуры до - 10 С в меньшей степени сказывается на изменении его значения. Это объясняется тем, что вся свободная и частично рыхлосвязанная вода в незасоленных грунтах замерзает при температурах, близких к 0 С, вследствие чего и происходит резкое увеличение К. Последующее увеличение Я в глинистых грунтах происходит в основном за счет замерзания рыхлосвязанной воды, которая превращается в лед при более низких отрицательных температурах. [52]
Подразделяется на прочносвязанную и рыхлоевя-занную воду. Прочносвязанную воду образуют молекулы, непосредственно окружающие частицу грунта. Она удерживается на поверхности частиц с силой, в десятки тысяч раз превосходящей силу тяжести. Слои прочно - связанной воды в свою очередь связывают и ориентируют прилегающие к ним молекулы воды, которые образуют рыхлосвязанную воду. Связанная вода резко отличается по своим свойствам от свободной воды. Ее свойства напоминают свойства твердого тела. При определенных условиях рыхлосвязанная вода может переходить в свободную. [53]
В зоне гидростатического давления происходит горизонтальное движение свободных гравитационных вод от областей современной инфильтрации и создания напоров к областям разгрузки. В зоне переходного пластового давления на глубине 500 - 1500 м и более отжимаются рыхлосвязанные воды. В зоне геостатического пластового давления на глубине 1500 - 4500 м и более заканчивается отжатие рыхлосвязанных вод и начинается отжим прочносвязанных вод. Движение подземных вод в пределах этой зоны очень замедленное. Вследствие существенного возрастания давления столба пород здесь преобладает тенденция к замедленной фильтрации отжатых флюидов снизу вверх в направлении к зоне переходного пластового давления. [54]
Связанная вода входит в состав сольватных оболочек ( § 1.2) и удерживается на поверхности минеральных частиц особыми силами взаимодействия. Наиболее широко она представлена в глинистых породах. Связанная вода подразделяется на прочносвязанную, образованную молекулами адсорбционного слоя, прилегающими к минеральным частицам, и рыхлосвязанную, образованную преимущественно теми молекулами воды, которые притянуты ионами диффузного слоя. В отличие от прочносвязанной рыхлосвязанная вода способна передвигаться от одной частицы к другой под действием молекулярных сил. Она может быть также частично отжата под достаточно большими и длительно действующими статическими нагрузками [10], значительно превышающими, однако, те величины нагрузок, с которыми приходится иметь дело в большинстве практических задач гидрогеомеханики. При приложении к породе динамических нагрузок переход части рыхлосвязанной воды в свободное состояние резко интенсифицируется. [55]
Подразделяется на прочносвязанную и рыхлоевя-занную воду. Прочносвязанную воду образуют молекулы, непосредственно окружающие частицу грунта. Она удерживается на поверхности частиц с силой, в десятки тысяч раз превосходящей силу тяжести. Слои прочно - связанной воды в свою очередь связывают и ориентируют прилегающие к ним молекулы воды, которые образуют рыхлосвязанную воду. Связанная вода резко отличается по своим свойствам от свободной воды. Ее свойства напоминают свойства твердого тела. При определенных условиях рыхлосвязанная вода может переходить в свободную. [56]
Вода в мерзлых грунтах может находиться во всех основных состояниях: парообразном, жидком и твердом. Водяной пар находится в порах мерзлого грунта в виде мельчайших капелек воды, которые не соприкасаются с минеральными частицами грунта. Водяной пар наблюдается в порах мерзлого грунта при очень низких температурах. В любом мерзлом грунте при любой отрицательной температуре содержится некоторое количество незамерзшей воды. Например, в мнрголетнемерзлых грунтах содержится от 5 до 25 % незамерзшей воды. Как известно из физики грунтов, минеральные частицы водонасыщенных грунтов плотно окружены адсорбированными молекулами воды. Следующие слои воды образуют область рыхлосвязанной воды. И, наконец, в более удаленных от поверхности частиц местах, где молекулы воды имеют беспорядочное движение и не связаны минеральными частицами, находится свободная вода: Самый плотный слой воды ( прочносвязанная вода) вообще не замерзает. Она с такой силой присоединена к минеральным частицам грунта, что не превращается в кристаллический лед при температуре 84 К. Рыхлосвя-занная вода составляет основную часть незамерзшей воды. [57]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
6.2. Аномалии свойства прочносвязанной воды
Структура воды, упорядоченной воздействием активных центров на поверхности, сильно искажается, и это предопределяет ее свойства, отличные от свойств структурно ненарушенной воды. Искажению структуры связанной воды способствует также энергетическая неоднородность поверхности твердых частиц, обусловленная силовой неоднородностью активных центров.
В непосредственной близости от активных центров дипольные молекулы воды ориентируются осями перпендикулярно к поверхности активных центров. Поэтому молекулы воды, находящиеся под воздействием силового поля поверхности, можно сопоставить с молекулами, которые упорядочены воздействием ионов в водных растворах (рис. 6.2).
По мере заполнения активных центров в процессе увлажнения структура связанной воды все более приближается к структуре свободной воды. Активные центры все меньше влияют на упорядочение молекул воды, а молекулы из ближайшего окружения воздействуют на них все больше. Физические свойства воды выравниваются.
В зависимости от энергии связи адсорбционно-связанную воду подразделяют на прочносвязанную (с несколькими уровнями связи и рыхлосвязанную. Прочносвязанная вода хорошо удерживается поверхностью дисперсных частиц и не удаляется из них даже огромных давлениях. По своим свойствам она сильно отличается от свободной воды. Плотность прочносвязанной воды различными исследовалями определена в пределах 1,2-1,8 г/см3.
Температура замерзания может достигать 351 К.
Упругость пара меньше вследствие ограничения свободы молекулярных движений.
Диэлектрическая проницаемость равна 2,0—2,2 Ф/м (по сравнению с 81 Ф/м у свободной воды), поэтому растворяющая способность связанной воды ниже.
Рис. 6.2. Схема гидратации твердой поверхности:
1 - гигроскопическая вода; 2 - прочносвязанная вода; 3 - рыхлосвязанная вода; 4- свободная вода; а - вода;
б - катионы; в – анионы
Возникновение рыхлосвязанной воды обусловлено формированием гидратно-ионных, так называемых диффузных слоев жидкости у поверхности частиц.
Рыхлосвязанная вода имеет более низкий энергетический уровень связи, чем прочносвязанная. Ее свойства приближаются к свойствам свободной воды, и она может быть отфильтрована из дисперсных систем при незначительных давлениях.
Свойства связанной воды у различных веществ (например, глин и биологических объектов) имеют много общих черт. Это объясняется тем, что связь молекул воды может происходить не только под действием силового поля поверхности, обусловленной активными центрами, но и вследствие затруднения трансляционного движения молекул воды по пустотам льдоподобного каркаса в результате искажения или частичного заполнения этих пустот вблизи поверхности.
С другой стороны, энергетическая неоднородность поверхности, присутствие обменных катионов приводят к различию в свойствах связанной воды. Свойства молекул воды, связанных обменными ионами поверхности твердой частицы, отличаются от свойств воды в объеме тем больше, чем выше плотность заряда иона. В глинистых минералах количество воды, связанной наиболее прочно, больше при наличии поливалентных катионов в обменном комплексе. Кривые обезвоживания моноионных форм бентонитов при нагревании (рис. 6.3) свидетельствуют о различном энергетическом состоянии связанной воды в зависимости от обменного катиона, его способности влиять на трансляционное движение молекул воды. Чем выше упорядочивающее воздействие катионов (Al3+, Mg2+), тем слабее трансляционное движение молекул воды и тем при более высоких температурах в ней разрываются водородные связи, и она удаляется с поверхности глинистых частиц. Наоборот, отрицательно гидратирующиеся катионы (К+) способствуют удалению связанной воды при невысоких температурах.
Рис. 6.3. Кривые обезвоживания моноионных форм бентонитов при нагревании:
1 - калиевого; 2 - натриевого; 3 - кальциевого;
4 - магниевого; 5 - алюминиевого
studfiles.net
ВОДА В ГРУНТАХ. Прочносвязанная вода
Прочносвязанная вода, удерживаемая под большим давлением, качественно отличается от обычной свободной воды. По своим свойствам она ведет себя как твердоподобное тело, но ее строение отличается от строения льда. Прочносвязанная вода обладает значительной вязкостью, упругостью и прочностью на сдвиг. На расстоянии 40—60 А от поверхности частицы вязкость воды примерно в три раза больше вязкости свободной воды.
Диэлектрическая проницаемость (е) прочносвязанной воды намного меньше е свободной воды, которая в среднем принимается за 81.
Замерзание связанной воды зависит от минерального состава грунта. Замерзание практически всей жидкой воды происходит у каолинита в интервале от —10 до —20°; в монтмориллоните при —70°" еще содержится около 7% незамерзшей воды.
Прочносвязанная вода неоднородна. Прочносвязанная вода нибольшего уровня энергии связи образуется, когда молекулы воды вступают в координационные связи с поверхностными атомами кристаллической решетки. Ее можно назвать «водой боковых сколов глинистых минералов». Эта категория прочносвязанной воды характеризуется наименьшей подвижностью и свойствами, резко отличными от свойств свободной воды.
Второй вид прочносвязанной воды — это вода «ближней» гидратации ионов (преимущественно катионов), образующаяся при’ гидратации обменных катионов. По своей подвижности и свойствам она близка к воде первой категории. Вода боковых сколов глинистых минералов и вода «ближней» гидратации ионов суммарно составляют-1/10 часть от максимальной гигроскопической влажности грунтов. Установлено, что присутствие этих категорий прочносвязанной воды в глинистых, лёссовых и других высокодисперсных грунтах существенно не снижает прочность; величина прочности остается близкой к максимальной. Это связано с тем, что обе описанные категории прочносвязанной воды не образуют вокруг частиц сплошную пленку воды, а располагаются «островами», приуроченными к наиболее энергетически активным местам частицы — к боковым сколам кристаллической решетки и обменным катионам.
Прочносвязанная вода, располагающаяся по базальным поверхностям глинистых минералов и взаимодействующая преимущественно" через водородные связи со структурными группами ОН и О их поверхности, называется водой базальных поверхностей глинистых минералов. Уровень энергии связи воды базальных поверхностей глинистых минералов с частицами меньше, чем у первых, двух видов прочносвязанной воды, но значительно больше, чем у рыхлосвязанной воды. С образованием воды базальных поверхностей глинистых минералов вокруг их частиц возникают сплошные пленки прочносвязанной воды. Величина ионно-электростатических связей между частицами уменьшается, и вследствие этого снижается прочность грунтов.
Содержание прочносвязанной воды увеличивается с увеличением содержания глинистых минералов с раздвижными кристаллическими решетками, с ростом дисперсности породы и с увеличением среди обменных ионов трех – и двухвалентных катионов и Н+ (см. § 7). Наибольшую величину WMr будут иметь Самонтмориллонитовые глины.
Слабосвязанная вода имеет меньший уровень энергии связи, чем прочносвязанная вода. Слабосвязанная вода по своим свойствам резко-отлична от прочносвязанной и имеет плотность, близкую к плотности свободной воды; по своим свойствам она мало отличается от последней.
Слабосвязанная вода подразделяется на вторично ориентированную воду полислоев и воду, удерживаемую осмотическими силами.
Вторично ориентированная вода п о л и с л о е в образуется вокруг частиц благодаря дальнодействующим поверхностным силам минералов, обусловливающим упорядоченность молекул ВОДЫ даже на значительном расстоянии от поверхности. Она образует вокруг частиц как бы пленку, и поэтому А. Ф. Лебедев назвал ее «пленочной» водой. Этот вид связанной воды характеризуется малой связью с поверхностью, значительной подвижностью, но по структуре и свойствам отличается от свободной воды. Температура замерзания вторично ориентированной воды полислоев —1,5°.
Присутствие вторично ориентированной воды полислоев обусловливает дальнейшее снижение прочности грунтов. У грунтов появляется липкость, если тело прижимается к ним под достаточно высоким давлением (более 5 МПа). При этом максимальное значение липкости будет при влажности максимальной молекулярной влагоемкости (WMUB).
stylishtex.ru
