หินกรวดเป็นส่วนประกอบของวัสดุผสมที่ต้านทานแรงอัดและเพิ่มปริมาตรให้กับวัสดุ เพื่อให้การเติมเต็มมีประสิทธิภาพ หินกรวดควรมีขนาดเล็กกว่าชิ้นงานสำเร็จรูปมาก แต่ควรมีขนาดที่หลากหลาย โดยทั่วไปแล้ว การเติมหินกรวดจะช่วยลดปริมาณสารยึดเกาะที่จำเป็นและเพื่อเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุผสม

ทรายและกรวดใช้เป็นวัสดุผสมในการก่อสร้างร่วมกับซีเมนต์เพื่อทำคอนกรีตและเพิ่มความแข็งแรงเชิงกล^{[ 1 ]}วัสดุผสมคิดเป็น 60-80% ของปริมาตรคอนกรีตและ 70-85% ของมวลคอนกรีต^{[ ​​2 ]}

วัสดุ คอมโพสิตแบบรวมมวลรวมนั้นผลิตได้ง่ายกว่า และคุณสมบัติของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปก็คาดการณ์ได้ง่ายกว่า วัสดุ คอมโพสิตแบบเส้นใย ทิศทางและการต่อเนื่องของเส้นใยมีผลอย่างมาก แต่ก็ควบคุมและประเมินได้ยาก โดยทั่วไปแล้ววัสดุรวมมวลรวมมีราคาถูกกว่า มวลรวมแร่ธาตุพบได้ในธรรมชาติและมักสามารถนำมาใช้ได้โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการแปรรูปมากนัก

วัสดุคอมโพสิตบางชนิดไม่ได้ประกอบด้วยมวลรวมเสมอไป อนุภาคของมวลรวมมักมีขนาดใกล้เคียงกันในทุกทิศทาง (กล่าวคืออัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณหนึ่ง) ดังนั้นคอมโพสิตที่ประกอบด้วยมวลรวมจึงไม่แสดงคุณสมบัติเสริมฤทธิ์กันได้ดีเท่ากับคอมโพสิตที่ประกอบด้วยเส้นใย มวลรวมที่แข็งแรงแต่ถูกยึดไว้ด้วยเมทริกซ์ ที่อ่อนแอ จะอ่อนแอต่อแรงดึงในขณะที่เส้นใยอาจมีความไวต่อคุณสมบัติของเมทริกซ์น้อยกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีการจัดเรียงตัวอย่างเหมาะสมและวิ่งไปตามความยาวทั้งหมดของชิ้นส่วน (เช่นเส้นใยต่อเนื่อง )

วัสดุคอม โพสิตส่วนใหญ่ประกอบด้วยอนุภาคที่มีอัตราส่วนความยาวต่อความกว้างอยู่ระหว่างเส้นใยที่เรียงตัวเป็นระเบียบและกลุ่มอนุภาคทรงกลม ทางเลือกที่ดีคือเส้นใยสับซึ่งประสิทธิภาพของเส้นใยหรือผ้าจะถูกลดทอนลงเพื่อให้ได้เทคนิคการแปรรูปที่คล้ายกับกลุ่มอนุภาคมากขึ้น บางครั้งก็มีการใช้กลุ่มอนุภาค ทรงรีและทรงแผ่นด้วย

ในกรณีส่วนใหญ่ ชิ้นงานสำเร็จรูปในอุดมคติควรประกอบด้วยหินกรวด 100% คุณสมบัติที่พึงประสงค์ที่สุดของงานนั้นๆ (ไม่ว่าจะเป็นความแข็งแรงสูง ต้นทุนต่ำ ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูง หรือความหนาแน่นต่ำ) มักจะเด่นชัดที่สุดในหินกรวดเอง อย่างไรก็ตาม หินกรวดขาดคุณสมบัติเหมือนของเหลวในการไหลและเติมเต็มปริมาตร รวมถึงการสร้างการยึดเกาะระหว่างอนุภาค

จากการทดลองและแบบจำลองทางคณิตศาสตร์แสดงให้เห็นว่า สามารถเติมทรงกลมแข็งลงในปริมาตรที่กำหนดได้มากขึ้น หากเริ่มต้นด้วยการเติมทรงกลมขนาดใหญ่ก่อน จากนั้นจึงเติม ช่องว่างระหว่างทรงกลมขนาดใหญ่ ( ช่องว่างระหว่างทรงกลม ) ด้วยทรงกลมขนาดเล็กกว่า และเติมช่องว่างใหม่ด้วยทรงกลมขนาดเล็กกว่าต่อไปเรื่อยๆ เท่าที่จะทำได้ ด้วยเหตุนี้ การควบคุม การกระจายขนาดอนุภาคจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเลือกวัสดุมวลรวม จำเป็นต้องมีการจำลองหรือการทดลองที่เหมาะสมเพื่อกำหนดสัดส่วนที่เหมาะสมที่สุดของอนุภาคขนาดต่างๆ

ขนาดอนุภาคสูงสุดขึ้นอยู่กับปริมาณการไหลที่จำเป็นก่อนที่วัสดุผสมจะแข็งตัว (กรวดในคอนกรีตปูพื้นอาจมีขนาดค่อนข้างหยาบได้ แต่ต้องใช้ทรายละเอียดสำหรับปูนยาแนวกระเบื้อง ) ในขณะที่ขนาดอนุภาคต่ำสุดขึ้นอยู่กับความหนาของวัสดุเมทริกซ์ที่สมบัติของมันเปลี่ยนแปลงไป (ดินเหนียวไม่รวมอยู่ในคอนกรีตเพราะจะ "ดูดซับ" เมทริกซ์ ทำให้เกิดการยึดเกาะที่ไม่แข็งแรงกับอนุภาคมวลรวมอื่นๆ) การกระจายขนาดอนุภาคยังเป็นหัวข้อที่มีการศึกษาอย่างมากในสาขาเซรามิกและโลหะวิทยาผง อีก ด้วย

ความเหนียวคือการประนีประนอมระหว่างข้อกำหนด (ซึ่งมักขัดแย้งกัน) ของความแข็งแรงและความยืดหยุ่นในหลายกรณี วัสดุมวลรวมจะมีคุณสมบัติอย่างใดอย่างหนึ่ง และจะได้รับประโยชน์หากเมทริกซ์สามารถเสริมสิ่งที่ขาดไปได้ ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดที่สุดคือวัสดุคอมโพสิตที่มี เมทริกซ์ อินทรีย์และ วัสดุมวลรวม เซรา มิก เช่นคอนกรีตแอสฟัลต์ ("ยางมะตอย") และพลาสติกเสริมแรง (เช่นไนลอนผสมกับผงแก้ว ) แม้ว่าวัสดุคอมโพสิตที่มีเมทริกซ์โลหะ ส่วนใหญ่ ก็ได้รับประโยชน์จากผลกระทบนี้เช่นกัน ในกรณีนี้ ความสมดุลที่ถูกต้องระหว่างส่วนประกอบที่แข็งและอ่อนเป็นสิ่งจำเป็น มิฉะนั้นวัสดุจะอ่อนแอเกินไปหรือเปราะเกินไป

คุณสมบัติของวัสดุหลายอย่างเปลี่ยนแปลงอย่างมากในระดับความยาวที่เล็ก (ดูเทคโนโลยีนาโน ) ในกรณีที่การเปลี่ยนแปลงนี้เป็นที่ต้องการ จำเป็นต้องมีช่วงขนาดของอนุภาคที่เหมาะสมเพื่อให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพที่ดี ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วจะกำหนดขีดจำกัดล่างของปริมาณวัสดุเมทริกซ์ที่ใช้

เว้นแต่จะมีการนำวิธีการปฏิบัติบางอย่างมาใช้เพื่อจัดเรียงอนุภาคในไมโครหรือนาโนคอมโพสิต ขนาดที่เล็กและ (โดยปกติ) ความแข็งแรงสูงเมื่อเทียบกับพันธะระหว่างอนุภาคกับเมทริกซ์ ทำให้ วัตถุ ขนาดมหาสาร ใดๆ ที่ทำจากอนุภาคเหล่านี้สามารถถือได้ว่าเป็นคอมโพสิตแบบรวมในหลายๆ ด้าน

แม้ว่าการสังเคราะห์อนุภาคนาโนจำนวนมาก เช่นท่อนาโนคาร์บอนในปัจจุบันจะมีราคาแพงเกินไปสำหรับการใช้งานอย่างแพร่หลาย แต่ก็มีวัสดุโครงสร้างนาโนที่ไม่ซับซ้อนมากนักบางชนิดที่สามารถสังเคราะห์ได้ด้วยวิธีการแบบดั้งเดิม รวมถึงการปั่นด้วยไฟฟ้าและการเผาไหม้ แบบสเปรย์ หนึ่งในวัสดุรวมตัวที่สำคัญที่ได้จากการเผาไหม้แบบสเปรย์คือไมโครสเฟียร์แก้วซึ่งมักเรียกว่าไมโครบอลลูนประกอบด้วยเปลือกกลวงที่มีความหนาหลายสิบนาโนเมตรและมีเส้นผ่านศูนย์กลาง ประมาณหนึ่ง ไมโครเมตร การหล่อไมโครสเฟียร์เหล่านี้ในเมทริกซ์พอ ลิเมอร์จะได้โฟมสังเคราะห์ที่มีความแข็งแรงต่อแรงอัดสูงมากเมื่อเทียบกับความหนาแน่นต่ำ

วัสดุนาโนคอมโพสิตแบบดั้งเดิมจำนวนมากหลีกเลี่ยงปัญหาการสังเคราะห์แบบรวมกลุ่มได้ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งจากสองวิธีดังนี้:

วัสดุมวลรวมจากธรรมชาติ : วัสดุมวลรวมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับนาโนคอมโพสิตคือวัสดุที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ โดยทั่วไปแล้วจะเป็นวัสดุเซรามิกที่มี โครงสร้าง ผลึกที่มีทิศทางสูงมาก ทำให้สามารถแยกออกเป็นเกล็ดหรือเส้นใยได้ง่าย เทคโนโลยีนาโนที่บริษัทเจเนอรัลมอเตอร์ส ใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์จัดอยู่ในประเภทแรก คือ ดินเหนียวเนื้อละเอียดที่มีโครงสร้างเป็นชั้นๆ แขวนลอยอยู่ใน เทอร์ โมพลาสติกโอเลฟิน (ซึ่งเป็นกลุ่มเดียวกับพลาสติกทั่วไปหลายชนิด เช่นโพลีเอทิลีนและโพลีโพรพีลีน ) ส่วนประเภทหลัง ได้แก่ คอม โพสิต ใยหิน (ซึ่งเป็นที่นิยมในช่วงกลางศตวรรษที่ 20) มักมีวัสดุเมทริกซ์ เช่นลิโนเลียมและปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์

การก่อตัวของกลุ่มอนุภาคในแหล่งกำเนิด : ไมโครคอมโพสิตหลายชนิดก่อตัวเป็นอนุภาคกลุ่มโดยกระบวนการประกอบตัวเอง ตัวอย่างเช่น ในโพลีส ไตรีนทนแรงกระแทกสูง โพลีเมอร์สองเฟสที่ไม่สามารถผสมกันได้(รวมถึงโพลีสไตรีนที่เปราะและโพลีบิวทาไดอีน ที่เป็นยาง) จะถูกผสมเข้าด้วยกัน โมเลกุลพิเศษ ( โคพอลิเมอร์แบบกราฟต์ ) ประกอบด้วยส่วนแยกที่ละลายได้ในแต่ละเฟส ดังนั้นจึงมีความเสถียรเฉพาะที่ส่วนต่อประสานระหว่างเฟสเท่านั้น ในลักษณะเดียวกับผงซักฟอกเนื่องจากจำนวนของโมเลกุลประเภทนี้เป็นตัวกำหนดพื้นที่ผิวสัมผัส และเนื่องจากทรงกลมก่อตัวขึ้นตามธรรมชาติเพื่อลดแรงตึงผิวนักเคมีสังเคราะห์จึงสามารถควบคุมขนาดของหยดโพลีบิวทาไดอีนในส่วนผสมที่หลอมเหลว ซึ่งจะแข็งตัวกลายเป็นกลุ่มอนุภาคที่เป็นยางในเมทริกซ์ที่แข็งการเสริมความแข็งแรงด้วยการกระจายตัวเป็นตัวอย่างที่คล้ายกันจากสาขาโลหะวิทยาในแก้วเซรามิก มักเลือกกลุ่มอนุภาคที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเป็นลบ และปรับสัดส่วนของกลุ่มอนุภาคต่อเมทริกซ์เพื่อให้การขยายตัวโดยรวมใกล้เคียงกับศูนย์มาก สามารถลดขนาดมวลรวมลงได้เพื่อให้วัสดุโปร่งใสต่อแสง อินฟราเรด

• วัสดุก่อสร้าง
• วัสดุมวลรวม (ธรณีวิทยา)
• เขตเปลี่ยนผ่านระหว่างพื้นผิว (ITZ)
• พื้นผิวที่อิ่มตัวแห้ง