Молекулы такой воды прочно связаны с глинистыми частицами, т. е. строго ориентированы. Некоторые исследователи называют эту воду гигроскопической. Грунт, содержащий только ее, всегда является воздушно-сухим.
Количество гигроскопической воды – величина переменная, определяемая отношением веса воды, удаляемой из образца воздушно-сухого грунта высушиванием при 100-105° С до постоянного веса, к весу воздушно-сухого грунта. Так например, для монтмориллонитовых глин величина гигроскопической влажности находится в пределах 7ч-14%, для гидрослюдистых-2ч-3%, для каолинитовых-14-1,5%.
Рыхло (слабо) связанная вода. Ее дипольные молекулы ориентированы слабо. Ее называют и диффузной водой, так как она составляет диффузный слой в частице.
Прочно связанная вода перемещается в порах грунтов в виде пара. Рыхло связанная вода передвигается от мест, где толщина оболочки большая, к местам, где она еще больше, что происходит до тех пор, пока молекулы воды не будут с одинаковой силой притягиваться к частицам. Физически связанная вода образует вокруг глинистой частицы неразрывно связанную с ней водную оболочку. Другими словами, эту оболочку можно рассматривать как деформирующуюся вместе с частицей под влиянием напряжений, возникающих под действием нагрузки. Этим определяется взаимодействие глинистых частиц с окружающей их водой, или их гидратация.
В условиях природного залегания глинистые грунты до четвертичного возраста, по-видимому, содержат лишь физически связанную воду, в то время как четвертичные глинистые грунты чаще всего содержат и свободную воду.
Физически связанная вода имеет ряд особенностей: она удерживается в грунтах силами, превосходящими ускорение силы тяжести в десятки тысяч раз; не оттекает в дренажные сооружения; не полностью принимает участие в растворении, труднее испаряется; ее плотность больше 1; температура замерзания ниже 0°С.
Прочно связанная вода обладает свойствами твердого тела, а рыхло связанная свойствами битума различной вязкости. Она придаст глинистым грунтам свойство пластичности. Слои диполей прочно связанной воды, «являясь как бы весьма топкими кристаллическими (твердыми) пленками» (П. А. Ребиндер), могут иметь большую прочность на разрыв, называемую поверхностной прочностью, которая измеряется усилием, необходимым для ее разрыва.
Наибольшей прочностью обладают адсорбционные слои высокомолекулярных соединений, поэтому именно среди них строители должны находить вещества для обработки грунтов, например при погружении свай, с целью повышения их несущей способности.
Оболочки физически связанной воды определенной толщины, определяемой влажностью грунтов, способны раздвигать до известного предела частицы и пакеты в частицах монтмориллонита. В этом заключается суть их расклинивающего действия.
Физически связанная вода весьма чутко реагирует на всякого рода воздействия. Достаточно перемять глину, как в ней тотчас изменится соотношение видов воды и, как следствие, показатели ее прочностных свойств.
Сказанное иллюстрируется следующими примерами. На одном из строительств в Ленинграде экскаватором рыли котлован в ленточных глинах. Экскаватор работал у края котлована и с течением времени от собственных движений, вызывавших вибрацию, стал быстро погружаться в глины, которые размягчились из-за нарушения скелета-каркаса, т. с. разупрочнения их структурных связей. Тогда на краю котлована поставили клетку из шпал для экскаватора, надеясь, что она спасет положение, однако увидели, что при работе клетка вместе с экскаватором погрузилась в глины.