2.3 材料的力学性质
2.3.1 材料的强度与强度等级
1.材料的强度
材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力称为强度。材料在外力作用下，内部就产生应力，随着外力的增加，应力也相应增大，直到材料内部质点间的结合力不能抵抗这种应力时，材料即破坏，此时的极限应力就是材料的强度。
根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗压、抗弯（抗折）、抗剪强度等。材料的这些强度是通过静力试验来测定的，因此总称为静力强度。材料的静力强度是按照标准方法，进行破坏性试验测得的。
材料的受力状态如图2.2所示。
图2.2 材料的受力状态
（a）抗压；（b）抗拉；（c）抗弯；（d）抗剪
材料的抗拉、抗压、抗剪强度，可按式（2.18）计算，即
式中 f——材料的强度，MPa；
F——试件破坏时的最大荷载，N；
A——试件受力面积，mm2。
材料的抗弯强度与材料的受力状态、截面形状等有关。对矩形截面的条形试件，在两端支承，中间作用一集中荷载时，其抗弯强度可按式（2.19）计算，即
式中 f——材料的抗弯强度，MPa；
F——试件破坏时的最大荷载，N；
L——试件两支点间的距离，mm；
b——试件截面的宽度，mm；
h——试件截面的高度，mm。
当在3分点上加两个集中荷载时，其抗弯强度可按式（2.20）计算，即
式中 f——材料的抗弯强度，MPa；
F——试件破坏时的最大荷载，N；
L——试件两支点间的距离，mm；
b——试件截面的宽度，mm；
h——试件截面的高度，mm。
材料的强度与其组成、结构与构造有关。材料的组成相同，结构不同，强度也就不相同。材料的孔隙率越大，则强度越小。材料的强度还与试验条件有关，如试件的尺寸、形状和表面状态、试件的含水率、加荷速度、试验环境的温度、试验设备的精确度及试验操作人员的技术水平等。为了使试验结果比较准确，而且具有可比性，国家规定了各种材料强度的标准试验方法。在测定材料强度时，必须严格按照规定的标准方法进行。
2.强度等级
大多数建筑材料根据其极限强度的大小，划分成若干不同的等级，称为材料的强度等级或标号。脆性材料主要根据其抗压强度来划分，如烧结普通黏土砖、石、水泥、混凝土等；塑性材料和韧性材料主要根据其抗拉强度来划分，如钢材等。划分材料强度等级，对掌握材料性能和正确选用材料具有重要意义。
3.比强度
材料的强度与其表观密度的比值，称为比强度。它是衡量材料轻质高强性能的一项重要指标。普通混凝土、低碳钢、松木（顺纹）的比强度分别为0.012、0.053、0.069。比强度越大，则材料的轻质高强性能越好。选用比强度大的材料或者提高材料的比强度，对增加建筑物高度、减轻结构自重、降低工程造价等具有重大意义。
2.3.2 材料的弹性和塑性
1.弹性
材料在外力作用下产生变形，当去掉外力后，能完全恢复到原来形状的性质，称为弹性。这种完全能恢复的变形，称为弹性变形。材料在弹性变形范围内，其应力（σ）与应变（ε）的比值（E）是一个常数，这个比值称为材料的弹性模量，即E=σ/ε。弹性模量E是衡量材料抵抗变形能力的一个指标，E越大，则材料越不易变形。低碳钢的弹性模量E=2.1×105MPa；混凝土的弹性模量与其强度等级有关，强度等级越高，弹性模量越大。通常，混凝土的强度等级为C15～C80时，其弹性模量约为（2.20～3.80）×104MPa。
2.塑性
材料在外力作用下产生变形，当去掉外力后，仍保持变形后的形状和尺寸的性质，称为塑性。这种不能恢复的永久变形，称为塑性变形。
在建筑材料中，没有纯弹性材料。一部分材料在受力不大的情况下，只产生弹性变形，当外力超过一定限度后，便产生塑性变形，如低碳钢。有的材料在受力时，弹性变形和塑性变形同时产生，当去掉外力后，弹性变形消失，而塑性变形不能消失，如混凝土。
2.3.3 材料的脆性和韧性
1.脆性
材料在外力作用下，直到破坏前并无明显的塑性变形而发生突然破坏的性质，称为脆性。脆性材料的特点是塑性变形很小，抵抗冲击、振动荷载的能力差，抗压强度较高，抗拉强度较低。大部分无机非金属材料属于脆性材料。
2.韧性
材料在冲击或震动荷载的作用下，能吸收较大能量，并产生较大变形而不发生破坏的性质，称为韧性，又称为冲击韧性。韧性材料的特点是塑性变形大，抗拉、抗压强度都较高。建筑钢材、木材、橡胶等属于韧性材料。对于承受冲击震动荷载的路面、桥梁、吊车梁等结构，应选用具有较高韧性的材料。
2.3.4 材料的硬度和耐磨性
1.硬度
硬度是指材料表面抵抗较硬物体压入或刻划的能力。不同材料的硬度采用不同的测定方法。钢材、木材和混凝土等材料的硬度常采用压入法测定，如布氏硬度（HB）是以单位面积压痕上所受到的压力来表示。天然矿物的硬度常采用刻划法测定，矿物硬度分为10级，其硬度递增的顺序为滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。材料的硬度越大，则其耐磨性越好，加工越困难。
2.耐磨性
耐磨性是指材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨损率来表示，可按式（2.21）计算，即
式中 N——材料的磨损率，g/cm2；
m 1——材料磨损前的质量，g；
m 2——材料磨损后的质量，g；
A——试件受磨面积，cm2。