Параметры моделей, описывающих диэлектрическую релаксацию связанной воды в бентоните в зависимости от влажности и температуры

В большинстве работ по бентониту предполагается, что комплексная диэлектрическая проницаемость (КДП) связанной воды остается неизменной при увеличении объемной доли воды в породе от 0 до 0,20-0,22.
В результате измерений КДП бентонита в широком диапазоне частот (1 МГц – 4 ГГц) нами показано, что при малых влажностях (доля воды менее 0,05–0,06), когда воды, находящейся в породе, недостаточно для образования мономолекулярных слоев на поверхности твердых частиц, показатель преломления бентонита растет с возрастанием влажности быстрее, чем в диапазоне влажностей от 0,06 до 0,2. Это можно трактовать как резкое изменение КДП связанной воды при возникновении на поверхности сплошных пленок воды толщиной более одного мономолекулярного слоя.
Исследование зависимости КДП бентонита в диапазоне температур -10 – +45 оС с малым шагом изменения влажности показало, что спектры диэлектрической проницаемости связанной воды можно описать релаксационными моделями Дебая и Коула-Коула. Для нескольких спектров КДП бентонита при разных влажностях нами выделены три области релаксации связанной воды и найдены параметры модели Коула-Коула. Параметры первой частотной области, в которой основное влияние на КДП оказывает ориентационная поляризация, принимались одинаковыми во всех случаях, так как на частотах выше 1–2 ГГц КДП связанной воды от влажности и температуры слабее, чем на низких частотах. Параметры для 2-й (0,01–1 Г Гц) и 3-й (0,1– 10 МГц) областей релаксации зависят от влажности и температуры более существенно. Эти зависимости резко изменяются при объемной доле воды, превышающей значение 0,05–0,06, что подтверждает различие диэлектрических свойств связанной воды в форме мономолекулярных слоев и в форме "гроздьев" молекул, сгруппированных у центров адсорбции.
В докладе приведены параметры моделей Дебая и Коула-Коула для трех частотных областей релаксации связанной воды в зависимости от температуры и влажности.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант 13-05-00502)