第一章土木工程材料的基本性质

第一章

土木工程材料的基本性质土木工程材料的基本性质，是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须要考虑的最基本的、共有的性质。因为土木建筑材料所处建（构）筑物的部位不同、使用环境不同、人们对材料的使用功能要求不同。

第一节、材料的物理性质第二节、材料的基本力学性质第三节、材料的耐久性第四节、材料的组成与结构第五节、材料的环境负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质封闭孔隙（体积为Vb）开口孔隙（体积为Vk）固体物质（体积为V）材料在自然状态下总体积：V0＝V+Vp孔隙体积：Vp＝Vb+VkVp——孔隙体积第一节、材料的物理性质

一、材料与质量有关的性质材料的体积构成绝对密实体积（V）干燥材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部固体物质的体积，不包括内部孔隙的材料体积。一般以Ｖ表示。一般将材料磨成规定细度的粉末，经干燥至恒重，用排开液体的方法得到其体积。（李氏瓶）表观体积（V’）自然状态下，不含开口孔时的体积对于比较密实、孔隙较少的散粒状材料，不必磨细，直接用排开液体的方法测定的体积。一般以表示。材料的自然体积（V0

）材料在自然状态下的宏观外形体积（含内部孔隙和水分）。一般以V0

表示。形状规则的材料可根据其尺寸计算其体积；形状不规则的材料可先在材料表面涂腊，然后用排开液体的方法得到其体积。材料的堆积体积（V0’）粉状或粒状材料，在堆积状态下的宏观外形体积。松散堆积状态下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。一般以表示。

1.密度（ρ）指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，按下式计算：

式中：ρ——实际密度，g/cm3或kg/m3；

m——材料的质量，g或kg；

V——材料的绝对密实体积，cm3或m3。测试时，材料必须是绝对干燥状态。含孔材料则必须磨细后采用李氏瓶来测定其体积。材料的密度大小取决于组成物质的原子量和分子结构。重金属材料的密度为7.5-9.00g/cm3，硅铝酸盐的密度多在1.80-3.30g/cm3，有机高分子材料的密度小于2.50g/cm3；同为碳原子组成，石墨的分子结构较松散，密度为2.20g/cm3，而金刚石则极为坚实，密度高达3.0g/cm3。2.表观密度（）是指材料在自然状态下，不含开口孔时单位体积的质量。即材料单位表观体积的质量。按下式计算：式中：——表观密度，g/cm3或kg/m3；

m——材料的质量，g或kg；

——材料的表观体积，cm3或m3；Vb——材料内部闭口孔隙的体积。表观体积是指包括内部封闭孔隙在内的体积。材料在自然状态下由于内部孔隙的存在，当材料含有水分时，它的质量和体积都会发生变化，因而表观密度也不相同。故测定材料表观密度时，材料必须绝对干燥。工程中砂石材料，直接用排水法测定其表观体积3.容积密度（ρ0）容积密度（又称体积密度，俗称容重）是指材料在自然状态下，单位宏观外形体积的质量。按下式计算：

式中：ρ0——材料的容积密度,g/cm3或kg/m3；m

——材料的质量，g或kg；V0——材料的自然状态下宏观外形体积，cm3或m3；Vk

——材料内部开口孔隙的体积。封闭孔隙（体积为Vb）开口孔隙（体积为Vk）固体物质（体积为V）材料在自然状态下总体积：V0＝V+Vp

孔隙体积：Vp＝Vb+VkVp——孔隙体积材料的体积构成粉状材料如水泥、消石灰粉等，其平均颗粒粒径甚小，与一般块体材料测定密度时所研碎制作的试样粒径相近，因而它们在绝干状态下的容积密度，与密度值很接近，可视为相等。对于不规则的材料，可涂蜡后采用排水法测定其体积。4.堆积密度(ρ0’

)堆积密度是指粉状或粒状材料，在自然堆积状态下单位体积的质量。按下式计算：

式中：——材料的堆积密度,g/cm3或kg/m3；

m

——材料的质量，g或kg；——材料的堆积体积，cm3或m3。——散粒材料或粉状材料间的空隙体积，砂堆积密度的测定将容量筒内材料刮平，容量筒的容积即为材料堆积体积几种密度的比较比较项目实际密度表观密度容积密度堆积密度材料状态绝对密实近似绝对密实状态自然状态堆积状态材料体积VV0计算公式应用判断材料性质用量计算、体积计算材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。孔隙率P按下式计算：式中：V——材料的绝对密实体积，cm3或m3；

V0——材料的自然状态下宏观外形体积，cm3或m3；

ρ0——材料的容积密度,g/cm3或kg/m3；

ρ——密度,g/cm3或kg/m3。二、与构造状态有关的物理性质

1、孔隙率与密实度封闭孔隙（体积为Vb）开口孔隙（体积为Vk）固体物质（体积为V）材料在自然状态下总体积：V0＝V+Vp孔隙体积：Vp＝Vb+VkVp——孔隙体积材料的体积构成二、与构造状态有关的物理性质

1、孔隙率与密实度

密实度是指材料体积内固体物质填充的程度。密实度的计算式如下：

式中：ρ——密度；ρ0——材料的容积密度。

对于绝对密实材料，因ρ0=ρ，故密实度D=1或100%。对于大多数土木工程材料，因ρ0＜ρ，故密实度D＜1或D＜100%。材料孔隙率或密实度的大小直接反映材料的密实程度。材料的孔隙率高，则表示密实程度小。孔隙特征：在一般工程应用中，材料的孔隙特征通常主要是指孔隙的连通性，按此可将孔隙分为开口孔隙和闭口孔隙。开口孔隙：是指材料内部孔隙不仅彼此相互贯通，并且与外界相通，如常见的毛细孔，在一般浸水条件下，开孔能吸水饱和。开口孔隙能提高材料的吸水性、透水性、吸声性，降低材料的抗冻性。闭口孔隙：是指材料内部孔隙彼此不相通，而且与外界隔绝，闭口孔隙能提高材料的保温隔热性能和材料的耐久性。

2、空隙率与填充率

空隙率是指散粒材料在其堆积体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率按下式计算：

式中：ρ0——材料的容积密度；

——材料的堆积密度。空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒之间互相填充的程度。

孔隙率与空隙率的区别比较项目孔隙率空隙率适用场合个体材料内部堆积材料之间作用可判断材料性质可作为控制砼集料的砂石级配及计算配合比的依据计算公式三、材料与水有关的性质1.材料的亲水性与憎水性与水接触时，材料表面能被水润湿的性质称为亲水性；材料表面不能被水润湿的性质称为憎水性。材料具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构。分子间内聚力图1－1材料润湿角

（ａ）亲水性材料；（ｂ）憎水性材料亲水性材料可以被水润湿，即水可以在材料表面铺展开。当亲水性材料存在开口孔隙时，水分就可以通过孔隙的毛细作用自动渗入材料内部。憎水性材料则不能被水润湿，水分不易渗入材料毛细管。憎水性材料常用作防水材料。而对亲水性材料表面做憎水处理，可改善其耐水性能。三、材料与水有关的性质2.材料的吸水性材料在水中吸收水分的能力，称为材料的吸水性。吸水性的大小以吸水率来表示。材料的吸湿性可吸收空气中的水分，又可向空气中释放水分。不良影响：会使材料的表观密度增大、体积膨胀、强度下降、保温性能降低、抗冻性变差等。2.材料的吸水性（1）质量吸水率质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料绝对干燥状态下质量的百分比，并以ｗm表示。ｗm的计算公式为：式中：m饱——材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）；m——材料在干燥状态下的质量（g或kg）。（2）体积吸水率

体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率，并以WV表示。体积吸水率WV的计算公式为：式中:

V0——材料在自然状态下的体积，（cm3或m3）；

ρw——水的密度,（g/cm3或kg/m3），常温下取

ρw=1.0g/cm3。体积吸水率，可用来说明材料内部孔隙被水充满的程度。（3）影响材料吸水性的因素材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔隙特征有关。若材料具有微细而连通的孔隙，则吸水率就较大；若材料具有封闭孔隙，则水分就难以渗入，吸水率就较小；若只具有较粗大开口的孔隙，水分虽较容易进入，但不易在孔内保留，仅起到润湿孔壁的作用，吸水率也较小。（4）、材料的吸湿性材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。用含水率Ｗ含

表示，其计算公式为：式中：m含——材料吸湿状态下的质量（g或kg）

m——材料在干燥状态下的质量（g或kg）。含水率表示材料在某一状态的含水能力，它随环境温度和空气湿度的变化而变化，当环境温度较低且空气湿度较大时，材料的含水率就大。当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率称为平衡含水率（气干含水率）。吸水率与含水率的区别比较项目吸水率含水率适用场合在水中吸收水分在空气中吸收水分表示方法吸收水分的质量比或体积比吸收水分的质量比吸收水量达到饱和与空气中水分平衡通常小于吸水率例1-1

材料的密度、表观密度、堆积密度有何区别？如何测定？材料含水后对三者有什么影响？解 密度： 表观密度： 堆积密度：V为材料的绝对密实体积V0为材料的表观体积(固、液、气）V0，为材料的堆积体积对于含孔材料，三者的测试方法要点如下：测定密度时，需先将材料磨细，之后采用排出液体或水的方法来测定体积。测定表观密度时，直接将材料放入水中，即直接采用排开水的方法来测体积；测定堆积密度时，将材料直接装入已知体积的容量筒中，直接测试其自然堆积状态下体积。含水与否对密度、表观密度无影响，因密度、表观密度均是对干燥状态而言的。含水对堆积密度的影响则较复杂．一般来说是使堆积密度增大。例1-2

某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观密度为2.61g/cm3、堆积密度为1680kg/m3，计算此石子的孔隙率与空隙率？解：石子的孔隙率P为：石子的空隙率P，为：四、材料的热工性质1.导热性材料传导热量的性质称为导热性。当材料两面存在温度差时，热量从温度高的一面向温度低的一面传导。导热性常用导热系数λ表示。1、导热性匀质材料的导热系数λ计算公式：式中：λ——导热系数，W/（m·K）；

Q——传导的热量，J；

δ——材料厚度，m；

A——热传导面积，m2；t——热传导时间，h；

（T2－T1）——材料两面温度差，K。λ物理意义：单位厚度（1m）的材料、两面温度差为1K时、在单位时间（1s）内通过单位面积（1m2）的热量。导热系数λ越小，表示材料越不容易导热。通常将λ≤0.23W/(m·K)的材料称为绝热材料。常用的绝热材料有：矿棉、膨胀珍珠岩、泡沫塑料。四、材料的热工性质2.热阻热阻是材料层（墙体或其它围护结构）抵抗热流通过的能力，热阻的定义及计算式为：

Ｒ＝δ/λ式中：R——材料层热阻，（m2·K）/W；

δ——材料层厚度，m；

λ——材料的导热系数，W/（m·K）。热阻的倒数１／Ｒ称为材料层（墙体或其它围护结构）的传热系数。导热系数或热阻是评定材料绝热性能的主要指标，其大小受材料的孔隙结构，含水状况影响很大。通常材料的孔隙率越大、表观密度越小、导热系数就越小。因为空气的导热系数只有0.025；具有细微而封闭孔结构的材料，其导热系数更比具有较粗大或连通孔结构的材料小；由于水的导热系数较大0.58，冰的导热系数更大2.33，所以材料受潮或冰冻之后，导热性能会受到严重影响，因此，保温材料在存放、施工和使用过程中，要采取措施保持干燥。导热系数和热阻还与材料的组成、温度等因素有关。例如，金属材料、无机材料、晶体材料的导热系数一般分别大于非金属材料、有机材料和非晶体材料；温度越高，材料的导热系数就越大，（金属材料除外。）3.热容量材料在受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为材料的热容量。用比热表示。比热的计算式如下所示：式中：C——材料的比热，J/（g·K）；

Q——材料吸收或放出的热量(热容量)；

m——材料质量，g；（T2

－T1）——材料受热或冷却前后的温差，K。四、材料的热工性质五、材料与声相关的性质1.吸声性—材料能吸收声音的性质。用吸声系数来表示：α----吸声系数（%）；E1-----被材料吸收的声能；E0-----入射到材料表面的总声能。2.隔声性材料隔绝声音的性质。思考题1-1：选用建筑材料应如何考虑其放射性核素限量?在自然界中，凡原子核不稳定、能自发地放出射线并能衰变成其他元素原子核的元素，称之为放射性元素，即放射性核素。氡是放射性元素铀、钍等衰变链的一个产物，是天然放射性铀系中的一种放射性惰性气体。当人吸入氡的短寿命子体后，氡子体不断沉积在呼吸道表面并在局部区域内不断积累。因此，吸入含氡气体对呼吸系统造成的辐射危害主要来自氡子体。据估计，美国每年约有2．2万人因吸入氡及其短寿命子体得肺癌；我国每年约有55万人因同样的原因而得肺癌；香港地区每年因氡致癌约占肺癌患者的30％。氡被世界卫生组织列为使人致癌的19种最重要物质之一。建筑材料中的放射性核素主要来源有两个方面：一是原料本身含有天然放射性核素；二是加工过程导致放射性核素富集。为此，现行国家标准《建筑材料放射性核素限量》(GB6566--2001)对建筑主体材料和装修材料提出了相关要求。思考题1-2：

为什么新建房屋的墙体保温性能较差?尤其在冬季?材料的导热系数越小，表示其保温绝热性能越好。工程中通常把导热系数A<0.23W／(m·K)的材料称为绝热材料。影响导热系数的因素主要是化学组成、显微结构、孔隙率、孔隙特征、含水率、传热时材料的温度。材料含水或含冰时，会使导热系数急剧增加。干燥墙体由于其孔隙被空气所填充，而空气的导热系数很小。只有0·023W／(m.K)，因而干燥墙体具有良好的保暖性能。而新建房屋的墙体由于未完全干燥，其内部孔隙中含有较多的水分。而水的导热系数为0.58W／(m·K)，是空气导热系数的近25倍，因而传热速度较快，保温性较差。尤其在冬季，一旦湿墙中孔隙水结冰后，导热能力更加提高，冰的导热系数为2.3W／(m.K)，是空气导热系数的100倍，保温性能更差。思考题1-3

：有的以红砖建的房屋被水泡后会倒塌，试分析原因。应如何选用受潮或被水浸泡部位的结构材料？这些倒塌的房屋所用的红砖没有烧透，红砖内开口孔隙率大，吸水率高。吸水后，红砖强度下降，特别是当有水进入砖内时，未烧透的黏土遇水分散，强度的下降幅度更大，不能承受房屋的重量，从而导致房屋倒塌。

第二节、材料的基本力学性质一、材料的强度和比强度材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压、抗剪、抗弯（抗折）强度等。抗压抗拉抗剪抗弯第二节、材料的力学性质抗压强度、抗拉强度、抗剪强度的计算：式中：f——材料强度，MPa；

Fmax——材料破坏时的最大荷载，N；

A——试件受力面积，mm2。-矩形截面的条形试件，抗弯强度的计算：（动画）两支点间的中间作用一集中荷载，抗弯强度用下式计算：第二节、材料的力学性质-矩形截面的条形试件，抗弯强度的计算：两支点间的三分点处作用两个相等的集中荷载（P/2），抗弯强度用下式计算：-第二节、材料的力学性质2.弹性和塑性（1）弹性材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。属可逆变形。（2）塑性材料在外力作用下，当应力超过一定限值时产生显著变形，且不产生裂缝或发生断裂，外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸的性质，称为塑性（或永久变形）。属不可逆变形。第二节、材料的力学性质（3）弹塑性实际上，完全的弹性材料是没有的，许多材料在受力不大时，仅产生弹性变形，可视作弹性材料，当受力超过一定限度后，便出现塑性变形，如建筑钢材。第二节、材料的力学性质弹性模量：E=应力/应变，材料在外力作用下，产生单位变形所需要的应力。弹性模量是衡量材料抵抗变形能力的一个指标。其值愈大，材料愈不易变形，即刚度好。材料的弹性模量和强度之间没有固定的关系。钢材的弹性模量不受强度变化的影响，混凝土的弹性模量，在相同的温度和湿度条件下，一般强度高，弹性模量大，二者关系密切，但并不呈线性关系。第二节、材料的力学性质3.脆性和韧性脆性：材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，并无明显的变形，材料的这种性质称为脆性。大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂浆等。脆性材料的特点：抗压强度高而抗拉、抗折强度低。韧性：在冲击荷载或震动荷载作用下，材料能吸收较大能量，同时产生较大变形，而不发生突然破坏的性质称为材料的冲击韧性（简称韧性）。韧性材料的特点是变形大，特别是塑性变形大，抗拉强度接近或高于抗压强度。木材、建筑钢材、橡胶等属于韧性材料。第三节、材料的耐久性材料的耐久性是泛指材料在使用条件下，受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用，能长久地保持其使用性能的性质。它是土木工程材料的一种综合性质。材料在建筑物之中，除要受到各种外力的作用之外，还经常要受到环境中许多自然因素的破坏作用。这些破坏作用包括物理、化学、机械及生物的作用。第三节、材料的耐久性物理作用：可有干湿变化、冷热变化及冻融变化等。化学作用：包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。机械作用：包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。生物作用：包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。一、材料的耐水性材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。材料耐水性的指标用软化系数K软表示：式中：K软——材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著料的软化系数；

f饱——材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）；

f干

——材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）。第三节、材料的耐久性软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，是材料吸水后性质变化的重要特征之一。一般材料吸水后，水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，强度则有不同程度的降低。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低。软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将K软＞0.85的材料称为耐水性材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.75

。二、材料的抗渗性抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。用渗透系数或抗渗等级表示。（1）渗透系数材料的渗透系数K可通过下式计算:式中：K——渗透系数,（cm/h）;

QW——渗水量，（cm3）；

A——渗水面积,（cm2）；

H——材料两侧的水压差，（cm）；

d——试件厚度（cm）；t——渗水时间（h）。

材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。（2）抗渗等级

材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母P及可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。如P4、P6、P8、P10…等，表示试件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水压而不渗透。（3）影响材料抗渗性的因素材料亲水性和憎水性：通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料；材料的密实度（孔隙率）：密实度高的材料其抗渗性也较高；材料的孔隙特征：具有开口孔隙的材料其抗渗性较差。三、抗冻性抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。三、抗冻性材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨胀所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。三、抗冻性抗冻性以试件在冻融后的质量损失和强度损失不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级材料的抗冻等级可分为F15、F25、F50、F100、F200等，分别表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循环。影响抗冻性的因素1.材料的密实度（孔隙率）密实度越高则其抗冻性越好。2.材料的孔隙特征开口孔隙越多则其抗冻性越差。3.材料的强度强度越高则其抗冻性越好。4.材料的耐水性耐水性越好则其抗冻性也越好。5.材料的吸水量大小吸水量越大则其抗冻性越差。四、耐候性材料对阳光、风、雨、露、温度变化和腐蚀气体（如二氧化硫、二氧化碳、臭氧）等自然侵蚀的耐受能力称为耐候性。在工程中，选用材料时，必须考虑材料的耐久性问题，耐久性良好的材料，对控制工程造价、减少维修费用、保证工程的长期正常使用，有着十分重要的意义。材料的耐久性指标是根据工程所处的环境条件来决定的。例如，处于冻融环境的工程，所用材料的耐久性以抗冻性指标来表示。处于暴露环境的有机材料，其耐久性以抗老化能力来表示。第四节材料的组成与结构一、材料的组成材料的组成是决定材料性质的最基本因素。材料的组成是指材料的化学组成、矿物组成和相组成。第四节材料的组成与结构1、化学组成化学组成是指构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。习惯上，金属材料的化学组成以主要元素的含量来表示；无机非金属材料则以各种氧化物含量表示。2、矿物组成材料科学中常将具有特定的晶体结构、特定的物理力学性质的组织结构称为矿物。矿物组成是指构成材料的矿物种类和数量如天然石材、无机胶凝材料等。化学组成确定的条件下，矿物组成决定材料性质的主要因素。3、相组成（补充内容、见湖大等合编的教材）材料中结构相近、性质相同的均匀部分称为相。自然界中物质可分为气相、液相、固相三种形态。材料中，同种化学物质由于加工工艺的不同，温度、压力等环境条件的不同，可形成不同的相。土木工程材料大多是多相固体材料，这种由两相或两相以上的物质组成的材料，称为复合材料。二、材料的结构材料的结构同样决定着材料的性质，一般地从宏观、细观和微观三个层次来分析研究材料的结构与性质的关系。二、材料的结构1、宏观结构宏观结构（或称构造）是指材料宏观存在的状态，即用肉眼或放大镜就可分辨的粗大组织。其尺寸在10-3m以上。如材料中孔隙的大小、分布、特征的改变，都会使材料的强度、抗冻性、保温隔热性、吸声性等性质发生变化。2、细观结构细观结构（也称显微或亚微观结构）是指用光学显微镜所能观察到的材料结构。其尺寸范围在10-3-10-6m,如金属材料的金相组织，木材的木纤维、导管、髓线、树脂道等纤维组织，以及混凝土内部的微裂缝等。材料在细观结构层次上，各种组织的性质是各不相同的，这些组织的特征、数量、分布以及界面之间的结合情况，都对土木工程材料的整体性质起着重要的影响。3、微观结构微观结构是指材料原子、分子层次的结构。可借助于电子显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射仪等手段来分析研究该层次上的结构特征。其尺寸范围在10-6-10-10m。材料的许多物理、力学性质。如强度、硬度、熔点、导热性、导电性等都是由材料内部的微观结构所决定的。土木工程材料使用状态均为固体，其微观结构可分为晶体、玻璃体和胶体三类。晶体的结构特征是由其内部质点（离子、原子、分子）按特定的规则在空间呈有规律的排列。晶体具有一定的几何外形，并显示各向异性。晶体材料又是由大量排列不规则的晶粒所组成，在宏观上材料整体又具有各向同性的性质。材料的化学成分相同，但形成的晶体结构可以不同，其性能也就大有差异。如石英、石英玻璃和硅藻土。玻璃体是熔融物在急速冷却时形成的无定形体。其质点来不及做有规则的排列就凝固了，大量的化学能未能释放出来，故其具有化学不稳定性，亦即存在化学潜能，容易和其他物质反应或自行缓慢向晶体转换。如在水泥、混凝土中使用的粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰等均属玻璃体。另外，由于质点排列无规律，玻璃体具有各向同性，而且没有固定的熔点。胶体是物质以极微小（粒径为1-100μm）分散在介质中所形成的结构。由于胶体的质点很微小，其总的表面积很大，因而表面能很大，有很强的吸附力，所以胶体具有较强的粘结力。胶体可以经脱水或质点的凝聚作用而形成凝胶。凝胶具有固体的性质，但在长期应力作用下，又具有粘