第一章土木工程材料的基本性質

第一章

土木工程材料的基本性質土木工程材料的基本性質，是指材料處于不同的使用條件和使用環(huán)境時，通常必須要考慮的最基本的、共有的性質。因為土木建筑材料所處建（構）筑物的部位不同、使用環(huán)境不同、人們對材料的使用功能要求不同。

第一節(jié)、材料的物理性質第二節(jié)、材料的基本力學性質第三節(jié)、材料的耐久性第四節(jié)、材料的組成與結構第五節(jié)、材料的環(huán)境負荷性及其使用的健康安全性第一章土木工程材料的基本性質封閉孔隙（體積為Vb）開口孔隙（體積為Vk）固體物質（體積為V）材料在自然狀態(tài)下總體積：V0＝V+Vp孔隙體積：Vp＝Vb+VkVp——孔隙體積第一節(jié)、材料的物理性質

一、材料與質量有關的性質材料的體積構成絕對密實體積（V）干燥材料在絕對密實狀態(tài)下的體積。即材料內部固體物質的體積，不包括內部孔隙的材料體積。一般以Ｖ表示。一般將材料磨成規(guī)定細度的粉末，經干燥至恒重，用排開液體的方法得到其體積。（李氏瓶）表觀體積（V’）自然狀態(tài)下，不含開口孔時的體積對于比較密實、孔隙較少的散粒狀材料，不必磨細，直接用排開液體的方法測定的體積。一般以表示。材料的自然體積（V0

）材料在自然狀態(tài)下的宏觀外形體積（含內部孔隙和水分）。一般以V0

表示。形狀規(guī)則的材料可根據其尺寸計算其體積；形狀不規(guī)則的材料可先在材料表面涂臘，然后用排開液體的方法得到其體積。材料的堆積體積（V0’）粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下的宏觀外形體積。松散堆積狀態(tài)下的體積較大，密實堆積狀態(tài)下的體積較小。一般以表示。

1.密度（ρ）指材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質量，按下式計算：

式中：ρ——實際密度，g/cm3或kg/m3；

m——材料的質量，g或kg；

V——材料的絕對密實體積，cm3或m3。測試時，材料必須是絕對干燥狀態(tài)。含孔材料則必須磨細后采用李氏瓶來測定其體積。材料的密度大小取決于組成物質的原子量和分子結構。重金屬材料的密度為7.5-9.00g/cm3，硅鋁酸鹽的密度多在1.80-3.30g/cm3，有機高分子材料的密度小于2.50g/cm3；同為碳原子組成，石墨的分子結構較松散，密度為2.20g/cm3，而金剛石則極為堅實，密度高達3.0g/cm3。2.表觀密度（）是指材料在自然狀態(tài)下，不含開口孔時單位體積的質量。即材料單位表觀體積的質量。按下式計算：式中：——表觀密度，g/cm3或kg/m3；

m——材料的質量，g或kg；

——材料的表觀體積，cm3或m3；Vb——材料內部閉口孔隙的體積。表觀體積是指包括內部封閉孔隙在內的體積。材料在自然狀態(tài)下由于內部孔隙的存在，當材料含有水分時，它的質量和體積都會發(fā)生變化，因而表觀密度也不相同。故測定材料表觀密度時，材料必須絕對干燥。工程中砂石材料，直接用排水法測定其表觀體積3.容積密度（ρ0）容積密度（又稱體積密度，俗稱容重）是指材料在自然狀態(tài)下，單位宏觀外形體積的質量。按下式計算：

式中：ρ0——材料的容積密度,g/cm3或kg/m3；m

——材料的質量，g或kg；V0——材料的自然狀態(tài)下宏觀外形體積，cm3或m3；Vk

——材料內部開口孔隙的體積。封閉孔隙（體積為Vb）開口孔隙（體積為Vk）固體物質（體積為V）材料在自然狀態(tài)下總體積：V0＝V+Vp

孔隙體積：Vp＝Vb+VkVp——孔隙體積材料的體積構成粉狀材料如水泥、消石灰粉等，其平均顆粒粒徑甚小，與一般塊體材料測定密度時所研碎制作的試樣粒徑相近，因而它們在絕干狀態(tài)下的容積密度，與密度值很接近，可視為相等。對于不規(guī)則的材料，可涂蠟后采用排水法測定其體積。4.堆積密度(ρ0’

)堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質量。按下式計算：

式中：——材料的堆積密度,g/cm3或kg/m3；

m

——材料的質量，g或kg；——材料的堆積體積，cm3或m3?！⒘２牧匣蚍蹱畈牧祥g的空隙體積，砂堆積密度的測定將容量筒內材料刮平，容量筒的容積即為材料堆積體積幾種密度的比較比較項目實際密度表觀密度容積密度堆積密度材料狀態(tài)絕對密實近似絕對密實狀態(tài)自然狀態(tài)堆積狀態(tài)材料體積VV0計算公式應用判斷材料性質用量計算、體積計算材料的孔隙率是指材料內部孔隙的體積占材料總體積的百分率?？紫堵蔖按下式計算：式中：V——材料的絕對密實體積，cm3或m3；

V0——材料的自然狀態(tài)下宏觀外形體積，cm3或m3；

ρ0——材料的容積密度,g/cm3或kg/m3；

ρ——密度,g/cm3或kg/m3。二、與構造狀態(tài)有關的物理性質

1、孔隙率與密實度封閉孔隙（體積為Vb）開口孔隙（體積為Vk）固體物質（體積為V）材料在自然狀態(tài)下總體積：V0＝V+Vp孔隙體積：Vp＝Vb+VkVp——孔隙體積材料的體積構成二、與構造狀態(tài)有關的物理性質

1、孔隙率與密實度

密實度是指材料體積內固體物質填充的程度。密實度的計算式如下：

式中：ρ——密度；ρ0——材料的容積密度。

對于絕對密實材料，因ρ0=ρ，故密實度D=1或100%。對于大多數土木工程材料，因ρ0＜ρ，故密實度D＜1或D＜100%。材料孔隙率或密實度的大小直接反映材料的密實程度。材料的孔隙率高，則表示密實程度小?？紫短卣鳎涸谝话愎こ虘弥?，材料的孔隙特征通常主要是指孔隙的連通性，按此可將孔隙分為開口孔隙和閉口孔隙。開口孔隙：是指材料內部孔隙不僅彼此相互貫通，并且與外界相通，如常見的毛細孔，在一般浸水條件下，開孔能吸水飽和。開口孔隙能提高材料的吸水性、透水性、吸聲性，降低材料的抗凍性。閉口孔隙：是指材料內部孔隙彼此不相通，而且與外界隔絕，閉口孔隙能提高材料的保溫隔熱性能和材料的耐久性。

2、空隙率與填充率

空隙率是指散粒材料在其堆積體積中,顆粒之間的空隙體積所占的比例?？障堵拾聪率接嬎悖?/p>

式中：ρ0——材料的容積密度；

——材料的堆積密度?？障堵实拇笮》从沉松⒘２牧系念w粒之間互相填充的程度。

孔隙率與空隙率的區(qū)別比較項目孔隙率空隙率適用場合個體材料內部堆積材料之間作用可判斷材料性質可作為控制砼集料的砂石級配及計算配合比的依據計算公式三、材料與水有關的性質1.材料的親水性與憎水性與水接觸時，材料表面能被水潤濕的性質稱為親水性；材料表面不能被水潤濕的性質稱為憎水性。材料具有親水性或憎水性的根本原因在于材料的分子結構。分子間內聚力圖1－1材料潤濕角

（ａ）親水性材料；（ｂ）憎水性材料親水性材料可以被水潤濕，即水可以在材料表面鋪展開。當親水性材料存在開口孔隙時，水分就可以通過孔隙的毛細作用自動滲入材料內部。憎水性材料則不能被水潤濕，水分不易滲入材料毛細管。憎水性材料常用作防水材料。而對親水性材料表面做憎水處理，可改善其耐水性能。三、材料與水有關的性質2.材料的吸水性材料在水中吸收水分的能力，稱為材料的吸水性。吸水性的大小以吸水率來表示。材料的吸濕性可吸收空氣中的水分，又可向空氣中釋放水分。不良影響：會使材料的表觀密度增大、體積膨脹、強度下降、保溫性能降低、抗凍性變差等。2.材料的吸水性（1）質量吸水率質量吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水量占材料絕對干燥狀態(tài)下質量的百分比，并以ｗm表示。ｗm的計算公式為：式中：m飽——材料吸水飽和狀態(tài)下的質量（g或kg）；m——材料在干燥狀態(tài)下的質量（g或kg）。（2）體積吸水率

體積吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水的體積占材料自然體積的百分率，并以WV表示。體積吸水率WV的計算公式為：式中:

V0——材料在自然狀態(tài)下的體積，（cm3或m3）；

ρw——水的密度,（g/cm3或kg/m3），常溫下取

ρw=1.0g/cm3。體積吸水率，可用來說明材料內部孔隙被水充滿的程度。（3）影響材料吸水性的因素材料的吸水率與其孔隙率有關，更與其孔隙特征有關。若材料具有微細而連通的孔隙，則吸水率就較大；若材料具有封閉孔隙，則水分就難以滲入，吸水率就較小；若只具有較粗大開口的孔隙，水分雖較容易進入，但不易在孔內保留，僅起到潤濕孔壁的作用，吸水率也較小。（4）、材料的吸濕性材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質。用含水率Ｗ含

表示，其計算公式為：式中：m含——材料吸濕狀態(tài)下的質量（g或kg）

m——材料在干燥狀態(tài)下的質量（g或kg）。含水率表示材料在某一狀態(tài)的含水能力，它隨環(huán)境溫度和空氣濕度的變化而變化，當環(huán)境溫度較低且空氣濕度較大時，材料的含水率就大。當空氣中濕度在較長時間內穩(wěn)定時，材料的吸濕和干燥過程處于平衡狀態(tài)，此時材料的含水率保持不變，其含水率稱為平衡含水率（氣干含水率）。吸水率與含水率的區(qū)別比較項目吸水率含水率適用場合在水中吸收水分在空氣中吸收水分表示方法吸收水分的質量比或體積比吸收水分的質量比吸收水量達到飽和與空氣中水分平衡通常小于吸水率例1-1

材料的密度、表觀密度、堆積密度有何區(qū)別？如何測定？材料含水后對三者有什么影響？解 密度： 表觀密度： 堆積密度：V為材料的絕對密實體積V0為材料的表觀體積(固、液、氣）V0，為材料的堆積體積對于含孔材料，三者的測試方法要點如下：測定密度時，需先將材料磨細，之后采用排出液體或水的方法來測定體積。測定表觀密度時，直接將材料放入水中，即直接采用排開水的方法來測體積；測定堆積密度時，將材料直接裝入已知體積的容量筒中，直接測試其自然堆積狀態(tài)下體積。含水與否對密度、表觀密度無影響，因密度、表觀密度均是對干燥狀態(tài)而言的。含水對堆積密度的影響則較復雜．一般來說是使堆積密度增大。例1-2

某工地所用卵石材料的密度為2.65g/cm3、表觀密度為2.61g/cm3、堆積密度為1680kg/m3，計算此石子的孔隙率與空隙率？解：石子的孔隙率P為：石子的空隙率P，為：四、材料的熱工性質1.導熱性材料傳導熱量的性質稱為導熱性。當材料兩面存在溫度差時，熱量從溫度高的一面向溫度低的一面?zhèn)鲗А嵝猿Ｓ脤嵯禂郸吮硎尽?、導熱性勻質材料的導熱系數λ計算公式：式中：λ——導熱系數，W/（m·K）；

Q——傳導的熱量，J；

δ——材料厚度，m；

A——熱傳導面積，m2；t——熱傳導時間，h；

（T2－T1）——材料兩面溫度差，K。λ物理意義：單位厚度（1m）的材料、兩面溫度差為1K時、在單位時間（1s）內通過單位面積（1m2）的熱量。導熱系數λ越小，表示材料越不容易導熱。通常將λ≤0.23W/(m·K)的材料稱為絕熱材料。常用的絕熱材料有：礦棉、膨脹珍珠巖、泡沫塑料。四、材料的熱工性質2.熱阻熱阻是材料層（墻體或其它圍護結構）抵抗熱流通過的能力，熱阻的定義及計算式為：

Ｒ＝δ/λ式中：R——材料層熱阻，（m2·K）/W；

δ——材料層厚度，m；

λ——材料的導熱系數，W/（m·K）。熱阻的倒數１／Ｒ稱為材料層（墻體或其它圍護結構）的傳熱系數。導熱系數或熱阻是評定材料絕熱性能的主要指標，其大小受材料的孔隙結構，含水狀況影響很大。通常材料的孔隙率越大、表觀密度越小、導熱系數就越小。因為空氣的導熱系數只有0.025；具有細微而封閉孔結構的材料，其導熱系數更比具有較粗大或連通孔結構的材料??；由于水的導熱系數較大0.58，冰的導熱系數更大2.33，所以材料受潮或冰凍之后，導熱性能會受到嚴重影響，因此，保溫材料在存放、施工和使用過程中，要采取措施保持干燥。導熱系數和熱阻還與材料的組成、溫度等因素有關。例如，金屬材料、無機材料、晶體材料的導熱系數一般分別大于非金屬材料、有機材料和非晶體材料；溫度越高，材料的導熱系數就越大，（金屬材料除外。）3.熱容量材料在受熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質稱為材料的熱容量。用比熱表示。比熱的計算式如下所示：式中：C——材料的比熱，J/（g·K）；

Q——材料吸收或放出的熱量(熱容量)；

m——材料質量，g；（T2

－T1）——材料受熱或冷卻前后的溫差，K。四、材料的熱工性質五、材料與聲相關的性質1.吸聲性—材料能吸收聲音的性質。用吸聲系數來表示：α----吸聲系數（%）；E1-----被材料吸收的聲能；E0-----入射到材料表面的總聲能。2.隔聲性材料隔絕聲音的性質。思考題1-1：選用建筑材料應如何考慮其放射性核素限量?在自然界中，凡原子核不穩(wěn)定、能自發(fā)地放出射線并能衰變成其他元素原子核的元素，稱之為放射性元素，即放射性核素。氡是放射性元素鈾、釷等衰變鏈的一個產物，是天然放射性鈾系中的一種放射性惰性氣體。當人吸入氡的短壽命子體后，氡子體不斷沉積在呼吸道表面并在局部區(qū)域內不斷積累。因此，吸入含氡氣體對呼吸系統(tǒng)造成的輻射危害主要來自氡子體。據估計，美國每年約有2．2萬人因吸入氡及其短壽命子體得肺癌；我國每年約有55萬人因同樣的原因而得肺癌；香港地區(qū)每年因氡致癌約占肺癌患者的30％。氡被世界衛(wèi)生組織列為使人致癌的19種最重要物質之一。建筑材料中的放射性核素主要來源有兩個方面：一是原料本身含有天然放射性核素；二是加工過程導致放射性核素富集。為此，現行國家標準《建筑材料放射性核素限量》(GB6566--2001)對建筑主體材料和裝修材料提出了相關要求。思考題1-2：

為什么新建房屋的墻體保溫性能較差?尤其在冬季?材料的導熱系數越小，表示其保溫絕熱性能越好。工程中通常把導熱系數A<0.23W／(m·K)的材料稱為絕熱材料。影響導熱系數的因素主要是化學組成、顯微結構、孔隙率、孔隙特征、含水率、傳熱時材料的溫度。材料含水或含冰時，會使導熱系數急劇增加。干燥墻體由于其孔隙被空氣所填充，而空氣的導熱系數很小。只有0·023W／(m.K)，因而干燥墻體具有良好的保暖性能。而新建房屋的墻體由于未完全干燥，其內部孔隙中含有較多的水分。而水的導熱系數為0.58W／(m·K)，是空氣導熱系數的近25倍，因而傳熱速度較快，保溫性較差。尤其在冬季，一旦濕墻中孔隙水結冰后，導熱能力更加提高，冰的導熱系數為2.3W／(m.K)，是空氣導熱系數的100倍，保溫性能更差。思考題1-3

：有的以紅磚建的房屋被水泡后會倒塌，試分析原因。應如何選用受潮或被水浸泡部位的結構材料？這些倒塌的房屋所用的紅磚沒有燒透，紅磚內開口孔隙率大，吸水率高。吸水后，紅磚強度下降，特別是當有水進入磚內時，未燒透的黏土遇水分散，強度的下降幅度更大，不能承受房屋的重量，從而導致房屋倒塌。

第二節(jié)、材料的基本力學性質一、材料的強度和比強度材料的強度是材料在應力作用下抵抗破壞的能力。根據外力作用方式的不同，材料強度有抗壓、抗剪、抗彎（抗折）強度等?？箟嚎估辜艨箯澋诙?jié)、材料的力學性質抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度的計算：式中：f——材料強度，MPa；

Fmax——材料破壞時的最大荷載，N；

A——試件受力面積，mm2。-矩形截面的條形試件，抗彎強度的計算：（動畫）兩支點間的中間作用一集中荷載，抗彎強度用下式計算：第二節(jié)、材料的力學性質-矩形截面的條形試件，抗彎強度的計算：兩支點間的三分點處作用兩個相等的集中荷載（P/2），抗彎強度用下式計算：-第二節(jié)、材料的力學性質2.彈性和塑性（1）彈性材料在外力作用下產生變形，當外力取消后能夠完全恢復原來形狀的性質稱為彈性。這種完全恢復的變形稱為彈性變形（或瞬時變形）。屬可逆變形。（2）塑性材料在外力作用下，當應力超過一定限值時產生顯著變形，且不產生裂縫或發(fā)生斷裂，外力取消后，仍保持變形后的形狀和尺寸的性質，稱為塑性（或永久變形）。屬不可逆變形。第二節(jié)、材料的力學性質（3）彈塑性實際上，完全的彈性材料是沒有的，許多材料在受力不大時，僅產生彈性變形，可視作彈性材料，當受力超過一定限度后，便出現塑性變形，如建筑鋼材。第二節(jié)、材料的力學性質彈性模量：E=應力/應變，材料在外力作用下，產生單位變形所需要的應力。彈性模量是衡量材料抵抗變形能力的一個指標。其值愈大，材料愈不易變形，即剛度好。材料的彈性模量和強度之間沒有固定的關系。鋼材的彈性模量不受強度變化的影響，混凝土的彈性模量，在相同的溫度和濕度條件下，一般強度高，彈性模量大，二者關系密切，但并不呈線性關系。第二節(jié)、材料的力學性質3.脆性和韌性脆性：材料受力達到一定程度時，突然發(fā)生破壞，并無明顯的變形，材料的這種性質稱為脆性。大部分無機非金屬材料均屬脆性材料，如天然石材，燒結普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂漿等。脆性材料的特點：抗壓強度高而抗拉、抗折強度低。韌性：在沖擊荷載或震動荷載作用下，材料能吸收較大能量，同時產生較大變形，而不發(fā)生突然破壞的性質稱為材料的沖擊韌性（簡稱韌性）。韌性材料的特點是變形大，特別是塑性變形大，抗拉強度接近或高于抗壓強度。木材、建筑鋼材、橡膠等屬于韌性材料。第三節(jié)、材料的耐久性材料的耐久性是泛指材料在使用條件下，受各種內在或外來自然因素及有害介質的作用，能長久地保持其使用性能的性質。它是土木工程材料的一種綜合性質。材料在建筑物之中，除要受到各種外力的作用之外，還經常要受到環(huán)境中許多自然因素的破壞作用。這些破壞作用包括物理、化學、機械及生物的作用。第三節(jié)、材料的耐久性物理作用：可有干濕變化、冷熱變化及凍融變化等?；瘜W作用：包括大氣、環(huán)境水以及使用條件下酸、堿、鹽等液體或有害氣體對材料的侵蝕作用。機械作用：包括使用荷載的持續(xù)作用，交變荷載引起材料疲勞，沖擊、磨損、磨耗等。生物作用：包括菌類、昆蟲等的作用而使材料腐朽、蛀蝕而破壞。一、材料的耐水性材料的耐水性是指材料長期在飽和水的作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質。材料耐水性的指標用軟化系數K軟表示：式中：K軟——材料長期在飽和水的作用下不破壞，強度也不顯著料的軟化系數；

f飽——材料吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強度（MPa）；

f干

——材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度（MPa）。第三節(jié)、材料的耐久性軟化系數反映了材料飽水后強度降低的程度，是材料吸水后性質變化的重要特征之一。一般材料吸水后，水分會分散在材料內微粒的表面，削弱其內部結合力，強度則有不同程度的降低。當材料內含有可溶性物質時（如石膏、石灰等），吸入的水還可能溶解部分物質，造成強度的嚴重降低。軟化系數的波動范圍在0至1之間。工程中通常將K軟＞0.85的材料稱為耐水性材料，可以用于水中或潮濕環(huán)境中的重要工程。用于一般受潮較輕或次要的工程部位時，材料軟化系數也不得小于0.75

。二、材料的抗?jié)B性抗?jié)B性是材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性能。用滲透系數或抗?jié)B等級表示。（1）滲透系數材料的滲透系數K可通過下式計算:式中：K——滲透系數,（cm/h）;

QW——滲水量，（cm3）；

A——滲水面積,（cm2）；

H——材料兩側的水壓差，（cm）；

d——試件厚度（cm）；t——滲水時間（h）。

材料的滲透系數越小，說明材料的抗?jié)B性越強。（2）抗?jié)B等級

材料的抗?jié)B等級是指用標準方法進行透水試驗時，材料標準試件在透水前所能承受的最大水壓力，并以字母P及可承受的水壓力（以0.1MPa為單位）來表示抗?jié)B等級。如P4、P6、P8、P10…等，表示試件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水壓而不滲透。（3）影響材料抗?jié)B性的因素材料親水性和憎水性：通常憎水性材料其抗?jié)B性優(yōu)于親水性材料；材料的密實度（孔隙率）：密實度高的材料其抗?jié)B性也較高；材料的孔隙特征：具有開口孔隙的材料其抗?jié)B性較差。三、抗凍性抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經受反復凍融循環(huán)作用而不破壞，強度也不顯著降低的性能。三、抗凍性材料吸水后，在負溫作用條件下，水在材料毛細孔內凍結成冰，體積膨脹所產生的凍脹壓力造成材料的內應力，會使材料遭到局部破壞。隨著凍融循環(huán)的反復，材料的破壞作用逐步加劇，這種破壞稱為凍融破壞。三、抗凍性抗凍性以試件在凍融后的質量損失和強度損失不超過一定限度時所能經受的凍融循環(huán)次數來表示，或稱為抗凍等級材料的抗凍等級可分為F15、F25、F50、F100、F200等，分別表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的凍融循環(huán)。影響抗凍性的因素1.材料的密實度（孔隙率）密實度越高則其抗凍性越好。2.材料的孔隙特征開口孔隙越多則其抗凍性越差。3.材料的強度強度越高則其抗凍性越好。4.材料的耐水性耐水性越好則其抗凍性也越好。5.材料的吸水量大小吸水量越大則其抗凍性越差。四、耐候性材料對陽光、風、雨、露、溫度變化和腐蝕氣體（如二氧化硫、二氧化碳、臭氧）等自然侵蝕的耐受能力稱為耐候性。在工程中，選用材料時，必須考慮材料的耐久性問題，耐久性良好的材料，對控制工程造價、減少維修費用、保證工程的長期正常使用，有著十分重要的意義。材料的耐久性指標是根據工程所處的環(huán)境條件來決定的。例如，處于凍融環(huán)境的工程，所用材料的耐久性以抗凍性指標來表示。處于暴露環(huán)境的有機材料，其耐久性以抗老化能力來表示。第四節(jié)材料的組成與結構一、材料的組成材料的組成是決定材料性質的最基本因素。材料的組成是指材料的化學組成、礦物組成和相組成。第四節(jié)材料的組成與結構1、化學組成化學組成是指構成材料的化學元素及化合物的種類和數量。習慣上，金屬材料的化學組成以主要元素的含量來表示；無機非金屬材料則以各種氧化物含量表示。2、礦物組成材料科學中常將具有特定的晶體結構、特定的物理力學性質的組織結構稱為礦物。礦物組成是指構成材料的礦物種類和數量如天然石材、無機膠凝材料等?；瘜W組成確定的條件下，礦物組成決定材料性質的主要因素。3、相組成（補充內容、見湖大等合編的教材）材料中結構相近、性質相同的均勻部分稱為相。自然界中物質可分為氣相、液相、固相三種形態(tài)。材料中，同種化學物質由于加工工藝的不同，溫度、壓力等環(huán)境條件的不同，可形成不同的相。土木工程材料大多是多相固體材料，這種由兩相或兩相以上的物質組成的材料，稱為復合材料。二、材料的結構材料的結構同樣決定著材料的性質，一般地從宏觀、細觀和微觀三個層次來分析研究材料的結構與性質的關系。二、材料的結構1、宏觀結構宏觀結構（或稱構造）是指材料宏觀存在的狀態(tài)，即用肉眼或放大鏡就可分辨的粗大組織。其尺寸在10-3m以上。如材料中孔隙的大小、分布、特征的改變，都會使材料的強度、抗凍性、保溫隔熱性、吸聲性等性質發(fā)生變化。2、細觀結構細觀結構（也稱顯微或亞微觀結構）是指用光學顯微鏡所能觀察到的材料結構。其尺寸范圍在10-3-10-6m,如金屬材料的金相組織，木材的木纖維、導管、髓線、樹脂道等纖維組織，以及混凝土內部的微裂縫等。材料在細觀結構層次上，各種組織的性質是各不相同的，這些組織的特征、數量、分布以及界面之間的結合情況，都對土木工程材料的整體性質起著重要的影響。3、微觀結構微觀結構是指材料原子、分子層次的結構?？山柚陔娮语@微鏡、掃描電子顯微鏡和X射線衍射儀等手段來分析研究該層次上的結構特征。其尺寸范圍在10-6-10-10m。材料的許多物理、力學性質。如強度、硬度、熔點、導熱性、導電性等都是由材料內部的微觀結構所決定的。土木工程材料使用狀態(tài)均為固體，其微觀結構可分為晶體、玻璃體和膠體三類。晶體的結構特征是由其內部質點（離子、原子、分子）按特定的規(guī)則在空間呈有規(guī)律的排列。晶體具有一定的幾何外形，并顯示各向異性。晶體材料又是由大量排列不規(guī)則的晶粒所組成，在宏觀上材料整體又具有各向同性的性質。材料的化學成分相同，但形成的晶體結構可以不同，其性能也就大有差異。如石英、石英玻璃和硅藻土。玻璃體是熔融物在急速冷卻時形成的無定形體。其質點來不及做有規(guī)則的排列就凝固了，大量的化學能未能釋放出來，故其具有化學不穩(wěn)定性，亦即存在化學潛能，容易和其他物質反應或自行緩慢向晶體轉換。如在水泥、混凝土中使用的粒化高爐礦渣、火山灰、粉煤灰等均屬玻璃體。另外，由于質點排列無規(guī)律，玻璃體具有各向同性，而且沒有固定的熔點。膠體是物質以極微?。綖?-100μm）分散在介質中所形成的結構。由于膠體的質點很微小，其總的表面積很大，因而表面能很大，有很強的吸附力，所以膠體具有較強的粘結力。膠體可以經脫水或質點的凝聚作用而形成凝膠。凝膠具有固體的性質，但在長期應力作用下，又具有粘