Физическое состояние воды в горных породах

Вода в горных породах находится в сложном взаимодействии со скелетом, обменными ионами и растворенными веществами.

Основываясь на результатах экспериментальных работ, А.Ф.Лебедев разделил все формы влаги, исходя из главных принципов:

Агрегатного состояния формы влаги: в форме пара; гигроскопическая вода; пленочная вода, удерживаемая силами молекулярного притяжения; гравитационная вода (капиллярная; подвешенная; собственно гравитационная); в твердом состоянии (в форме льда); кристаллизационная и химически связанная вода.

Недостатком этой схемы является проведение резких границ между отдельными категориями влаги и нехарактерное разграничение естественных форм влаги.

В более поздних классификациях были внесены коррективы в схему А.Ф. Лебедева.

П.А.Ребиндер указывает, что единственно надежным методом оценки форм связи воды с минеральными частицами является энергия связи.

Причины образования каждой из связей различны: для химической - валентность; для физико-химической - молекулярное силовое поле, осмотическое давление; для физико-механической капиллярное давление и поверхностное натяжение.

Парообразная вода в горной породе (количество влаги составляет 0,0015%) находится в динамическом равновесии с другими видами воды (в частности, с гигроскопической водой) и с парами воды в атмосфере. Фазовые превращения водяного пара ведут к образованию на поверхности частиц горной породы связанной воды: прочно- и рыхло-связанная (удерживается на поверхности частиц молекулярными силами).

Прочно-связанная вода имеет меньшую упругость пара, чем свободная вода, так как в ней ограничена свобода молекулярных движений. Диэлектрическая проницаемость прочно-связанной воды - 2-2,2. Температура замерзания, по Боуюносу, равна - 78⁰С.

Максимальное количество прочносвязанной воды в породах соответствует величине максимальной гигроскопичности.

Рыхлосвязанная вода представляет собой слои влаги, окружающие прочно-связанную воду. По своим свойствам она мало отличается от свободной воды: имеет плотность близкую к плотности свободной воды и температуру замерзания - 1,5 градусов Цельсия. Рыхлосвязанная вода имеет меньший уровень энергетической связи, чем прочносвязанная вода.

Образование рыхлосвязанной воды происходит в диффузионном слое ионов, с помощью которого непосредственно связано ее количество. Суммарное содержание прочно-связанной и ориентированной воды полислоев составляет влажность, которая была названа А.Ф. Лебедевым - максимальной молекулярной влагоемкостью, величина которой определяется теми же факторами, что и величина максимальной гигроскопичности породы. Количество рыхлосвязанной воды может в 2 -4 раза превышать величину максимальной гигроскопичности.

Капиллярная вода подразделяется на три вида: вода углов пор, подвешенная вода, собственно капиллярная вода. Заполнение пор водой определяется составом и структурой породы. Капиллярная вода, подобно гравитационной, передает гидростатическое давление.

Свободная вода перемещается в порах и пустотах горных пород под действием силы тяжести. Она заполняет трещины, пустоты, крупные поры. Максимально возможное содержание в породе связанной, капиллярной и гравитационной воды при полном заполнении пор называют полной влагоемкостью.

Вода в твердом состоянии (кристаллизационная, химически связанная вода и вода в состоянии льда) детально изучается в минералогии и мерзлотоведении и представляет собой особые формы структуры воды, в которых преобладают молекулярные и ионные связи. Данный вид воды обладает свойствами твердого тела.

Поиск по сайту: