2.3 材料的力学性质
2.3.1 强度、强度等级和比强度
2.3.1.1 强度
材料的强度是指材料在外力作用下不破坏时能承受的最大应力。材料的强度通常以其极限强度表示。
根据外力作用方式的不同（见图25），材料强度有抗拉、抗压、抗剪、抗弯（抗折）强度等。
材料的抗拉、抗压、抗剪强度可按式（221）进行计算。
f=F
（2 21）
A
式中 f———抗拉、抗压、抗剪强度，MPa；
F———材料受拉、压、剪破坏时的荷载，N；
A———材料的受力面积，mm2。
图25 材料受力示意图
材料的抗弯强度与材料受力情况有关，试验时将试件放在两支点上，中间作用一集中力，对矩形截面的试件，其抗弯强度可按式（222）进行计算。
fm=3FL
（2 22）
2bh2
式中 fm———材料的抗弯强度，MPa；
F———材料受弯破坏时的荷载，N；L———试件受弯时两支点的间距，mm；
b、h———材料截面宽度、高度，mm。
影响材料强度大小的因素很多，主要取决于其本身的成分与构造。一般情况下，材料的表观密度越小、孔隙率越大、越疏松，其强度越低。
2.3.1.2 强度等级
不同造园材料的强度差别很大，根据其强度的大小，划分为若干不同的等级。这对于使用者掌握材料性质，合理选用材料，正确地进行设计和控制工程施工质量都是十分必要的。对于生产者控制生产工艺，保证产品质量也十分有益。
我国规范《烧结普通砖》（GB5101—2003）中将烧结普通砖按抗压强度分为 MU10～MU30共5个等级；《通用硅酸盐水泥》（GB175—2007/XG1—2009）规定，硅酸盐水泥按28天的抗压强度和抗折强度分为42.5～62.5级共3个强度等级；《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）规定，普通混凝土划分为14个等级，即：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80。
不同的材料具有不同的抵抗外力的特征，混凝土、石材等抗压强度较高，钢材的抗拉和抗压强度都较高。施工设计在选择材料时，应认清不同材料的不同强度特征。常用造园材料的强度见表23。
表2 3
常用造园材料的强度
单位：MPa
2.3.1.3 比强度
材料的比强度是指材料强度与其表观密度之比。比强度是衡量材料轻质高强的重要指标。比强度值越大，材料的轻质高强性能越好。优质的结构材料，必须有较高的比强度。
2.3.2 弹性和塑性
材料在外力作用下产生变形，当外力撤除后变形即可消失，并能完全恢复原始形状的性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形，具有这种性质的材料称为弹性材料。当外力撤除后，材料仍保持变形后的形状和尺寸，且不产生裂缝的性质，称为塑性。这种不可恢复的变形称为塑性变形，具有这种性质的材料称为塑性材料。
材料在弹性变形范围内，弹性模量E为常数，其值等于应力与应变之比，如式（223）所示。
E=
σε
（2 23）
式中 E———材料的弹性模量，MPa；
σ———材料的应力，MPa；
ε———材料的应变。
弹性模量是衡量材料抵抗变形能力的一个指标，其值越大，说明材料在相同外力作用下的变形越小，即刚性越好。
2.3.3 脆性和韧性
材料受外力作用，当外力达到一定限度后，材料无明显的塑性变形而突然破坏的性质称为脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料，如烧结砖、石材、陶瓷、玻璃、普通混凝土、铸铁等。
材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的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）。具有这种性质的材料称为韧性材料，如木材、钢材等。
韧性可用材料受荷载达到破坏时所吸收的能量来表示，如式（224）所示。
αK=AK
（2 24）
A
式中 αK———材料的冲击韧性，J/mm2；
AK———试件破坏时所消耗的功，J；
A———试件受力净截面积，mm2。
2.3.4 硬度和耐磨性
硬度是材料抵抗较硬物质刻划或压入的能力。测定硬度的方法很多，常用刻划法和压入法。刻划法常用于测定天然矿物的硬度，即按滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石的硬度递增顺序分为10级，通过它们对材料的划痕来确定所测材料的硬度，称为莫氏硬度。压入法是以一定的压力将一定规格的钢球或金刚石制成的尖端压入试样表面，根据压痕的面积或深度来测定其硬度。常用的压入法有布氏法、洛氏法和维氏法，相应的硬度称为布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力，通常用磨损率表示，如式（225）所示。
M=m0-m1
（2 25）
A
式中 M———材料的磨损率，g/cm2；
m0———磨前质量，g；m1———磨后质量，g；
A———试件受磨面积，mm2。
一般情况下，硬度大的材料强度高、耐磨性强，但不宜加工。工程中有时用硬度来推算材料的强度。