材料的抗弯强度与试件的几何外形及荷载施加的情况有关，对于矩形截面和条形试件，当其二支点间的中间作用一集中荷载时，其抗弯极限强度按下式计算：
f＝
式中：f——材料的抗弯极限强度（Mpa）；
P——试件破坏时的最大荷载（N）； L——试件两支点间的距离（mm）；
b、h——分别为试件截面的宽度和高度（mm）。
材料的强度与其组成及结构有关，即使材料的组成相同，其构造不同，强度也不同。材料的孔隙率愈大，则强度愈低。对于同一品种的材料，其强度与孔隙率之间存在近似直线的反比关系。
一般表观密度大的材料，其强度也高。晶体结构的材料，其强度还与晶粒粗细有关，其中细晶粒的强度高。玻璃是脆性材料，抗拉强度很低，但当制成玻璃纤维后，则成了很好的抗拉材料。
材料的强度还与其含水状态及温度有关，含有水分的材料，其强度较干燥时的低。一般温度高时，材料的强度将降低，沥青混凝土尤为明显。
材料的强度与其测试所用的试件形状、尺寸有关，也与试验时加荷速度及试件表面性状有关。相同材料采用小试件测得的强度比大试件的高；加荷速度快者，强度值偏高；试件表面不平或表面涂润滑剂的，所测得强度值偏低。
由此可知，材料的强度是在特定条件下测定的数值。为了使试验结果准确，且具有可比性，各个国家都制定了统一的材料试验标准。在测定材料强度时，必须严格按照规定的试验方法进行。材料强度是大多数材料划分等级的依据。
2.强度等级
各种材料的强度差别甚大。土木工程材料按其强度值的大小划分为若干个强度等级，如烧结普通砖按抗压强度分为5个强度等级；硅酸盐水泥按抗压强度和抗折强度分为4个强度等级，普通混凝土按其抗压强度分为12个强度等级等等。土木工程材料划分强度等级，对生产者和使用者均有重要意义，它可使生产者在控制质量时有据可依，从而保证产品质量；对使用者则有利于掌握材料的性能指标，以便于合理选用材料，正确地进行设计和便于控制工程施工质量。常用土木工程材料的强度见表1-3所示。
表2-3 常用土木工程材料的强度（MPa）
材料 花岗岩 烧结普通砖 普通混凝土 松木（须纹）
钢材 3.比强度
为了对不同强度的材料进行比较，可采用比强度这个指标。比强度反映材料单位体积重量的强度，其值等于材料强度与其表观密度之比。比强度是衡量材料轻质高强性能的重要指标。优质的结构材料，必须
抗压强度 100～250 7.5～30 7.5～60 30～50 235～1600
抗拉强度 5～8 - 1～4 80～120 235～1600
抗弯强度 10～14 1.8～4.0 2.0～8.0 60～100 -
3FL
（2-22） 2bh
具有较高的比强度。几种主要材料的比强度见表2-4所示。由表2-4中比强度数据可知，玻璃钢和木材是轻质高强的材料，它们的比强度大于低碳钢，而低碳钢的比强度大于普通混凝土。普通混凝土是表观密度大而比强度相对较低的材料，所以努力促进普通混凝土——这一当代最重要的结构材料，向轻质、高强发展是一项十分重要的工作。
表2-4 几种主要材料的比强度
材料
表观密度
（
）
强度
（MPa）
比强度（
/）
低碳钢 7850 420 0.054 普通混凝土 2400 松木（顺纹抗拉） 500 松木（顺纹抗压） 500 烧结普通砖 1700 40 100 36 10 0.017 0.200 0.070 0.006 玻璃钢 2000 450 0.225 2.2.2材料的弹性与塑性
材料在外力作用下产生变形，当外力取消后变形即可消失并能完全恢复到原始形状的性质称为弹性。材料的这种可恢复的变形称为弹性变形。弹性变形属可逆变形，其数值大小与外力成正比，其比例系数E称为弹性模量。材料在弹性变形范围内，弹性模量为常数，其值等于应力与应变之比，即：
E=
式中： E——材料的弹性模量（Mpa）；
σ （2-23） εσ——材料所受的应力（Mpa）；
ε——材料在应力σ作用下产生的应变，无量纲。
弹性模量是衡量材料抵抗变形能力的一个指标。弹性模量愈大，材料愈不易变形，亦即刚度愈好。弹性模量是结构设计的重要参数。材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，不能恢复变形的性质称为塑性。这种不可恢复的变形称为塑性变形，塑性变形为不可逆变形。
实际上，纯弹性变形的材料是没有的，通常一些材料在受力不大时，表现为弹性变形，当外力超过一定值时，则呈现塑性变形，如低碳钢(如图2-5b)就是典型的这种材料。另外许多材料在受力时，弹性变形和塑性变形同时产生，这种材料当外力取消后，弹性变形即可恢复，而塑性变形不能消失，混凝土（如图2-5c）就是这类材料的代表。弹塑性材料的变形曲线如图2-5a所示，图中oA为可恢复的弹性变形，AB为不可恢复的塑性变形。
2-5a 2-5b 2-5c
图2-5 弹塑性材料的变形曲线
2.2.3材料的脆性与韧性
材料受外力作用，当外力达到一定值时，材料突然破坏，而无明显的塑性变形的性质称为脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料。脆性材料的抗压强度远大于其抗拉强度，可高达数倍甚至数十倍。脆性材料抵抗冲击荷载或振动作用的能力很差，只适合用作承压构件。土木工程材料中大部分无机非金属材料均为脆性材料，如天然岩石、陶瓷、玻璃、普通混凝土等。
材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大能量，同时产生较大变形而不破坏的性质称为韧性。材料的韧性用冲击韧性指标 表示。冲击韧性指标是指用带缺口的试件做冲击破坏试验时，断口处单位面积所吸收的能量。其计算公式为：
αK=
Ak
（2-24） A
式中：αK——材料的冲击韧性指标（J/mm2）；
Ak——试件破坏时所消耗的能量（J）；
。 A——试件受力净截面积（mm2）
在土木工程中，对于要求承受冲击荷载和有抗震要求的结构，如吊车梁、桥梁、路面等所用的材料，均应具有较高的韧性。
2.2.4材料的硬度与耐磨性
1.硬度
硬度是指材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。测定材料硬度的方法有多种，常用的有刻划法和压入法两种，不同材料其硬度的测定方法不同。刻划法常用于测定天然矿物的硬度，按刻划法矿物硬度分为十级（莫氏硬度），其硬度递增顺序为滑石1级、石膏2级、方解石3级、萤石4级、磷灰石5级、正长石6级、石英7级、黄玉8级、刚玉9级、金钢石10级。钢材、木材及混凝土等材料的硬度常用压入法测定，例如布氏硬度。布氏硬度值是以压痕单位面积上所受压力来表示。
一般材料的硬度愈大，则其耐磨性愈好。工程中有时也可用硬度来间接推算材料的强度。 2.耐磨性
耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨损率表示，其计算公式为：
N=
； 式中：N——材料的磨损率（g/cm2）
m1?m2
（2-25） A
m1?m2——分别为材料磨损前、后的重量（g）；
。 A——试件受磨面积（cm2）
材料的耐磨性与材料的组成成分、结构、强度、硬度等因素有关。在土木工程中，对于用作踏步、台阶、地面、路面等部位的材料，应具有较高的耐磨性。一般说，强度较高且密实的材料，其硬度较大，耐
磨性较好。
2.3 材料的耐久性
2.3 The Durability of Materials
材料的耐久性是指在环境的多种因素作用下，能经久不变质、不破坏，长久地保持其性能的性质。 耐久性是材料的一项综合性质，诸如抗冻性、抗风化性、抗老化性、耐化学腐蚀性等均属耐久性的范围。此外，材料的强度、抗渗性、耐磨性等也与材料的耐久性有着密切关系。
2.3.1环境对材料的作用
在构筑物使用过程中，材料除内在原因使其组成、构造、性能发生变化以外，还长期受到周围环境及各种自然因素的作用而破坏。这些作用可概括为以下几方面：
1．物理作用。包括环境温度、湿度的交替变化，即冷热、干湿、冻融等循环作用。材料在经受这些作用后，将发生膨胀、收缩，产生内应力。长期的反复作用，将使材料渐遭破坏。
2．化学作用。包括大气和环境水中的酸、碱、盐等溶液或其他有害物质对材料的侵蚀作用，以及日光等对材料的作用，使材料产生本质的变化而破坏。
3．机械作用。包括荷载的持续作用或交变作用引起材料的疲劳、冲击、磨损等破坏。 4．生物作用。包括菌类、昆虫等的侵害作用，导致材料发生腐朽、蛀蚀等破坏。
各种材料耐久性的具体内容，因其组成和结构不同而异。例如钢材易氧化而锈蚀；无机非金属材料常因氧化、风化、碳化、溶蚀、冻融、热应力、干湿交替作用等而破坏；有机材料多因腐烂、虫蛀、老化而变质等。
2.3.2材料耐久性的测定
对材料耐久性最可靠的判断，是对其在使用条件下进行长期的观察和测定，但这需要很长时间。为此，近年来采用快速检验法，这种方法是模拟实际使用条件，将材料在实验室进行有关的快速试验，根据试验结果对材料的耐久性作出判定。在实验室进行快速试验的项目主要有：干湿循环、冻融循环、碳化、加湿与紫外线干燥循环、盐溶液浸渍与干燥循环、化学介质浸渍等。
2.3.3提高材料耐久性的重要意义
在设计选用土木工程材料时，必须考虑材料的耐久性问题。采用耐久性良好的土木工程材料，对节约材料、保证建筑物长期正常使用、减少维修费用、延长建筑物使用寿命等，均具有十分重要的意义。
2.4 材料的组成、结构、及其构造对性能的影响
2.1 The Influence of the Composition, Structure and
Constitution of Material on its Properties
环境条件是影响材料性质的外部因素，材料的组成、结构、构造是影响材料性质的内部原因。
2.4.1材料的组成
材料的组成是材料的化学成分。材料的组成包括材料的化学组成、矿物组成和相组成。 1.化学组成
化学组成指构成材料的基本化学元素或化合物的种类和数量。当材料与外界自然环境及各类物质相接触时，它们之间必然要按照化学变化规律发生作用。如沥青的老化、混凝土的碳化、混凝土能够保护钢筋不锈钢等都属于化学作用。建筑材料有关这方面的性质都是由材料的化学组成决定的
2.矿物组成
无机非金属材料中具有特定的晶体结构、特定的物理力学性能的组织结构称为矿物。矿物组成指构成材料的矿物种类和数量。材料中的天然石材、无机胶凝材料等，其矿物组成是决定材料性质的主要因素。如石灰、石膏、石灰石的主要化学成分分别为氧化钙、硫酸钙、碳酸钙，这些化学成分决定了石灰、石膏易溶于水且耐水性差，而石灰石则较稳定。硅酸盐类的水泥主要由硅酸钙、铝酸钙等熟料矿物组成，决定了水泥具有凝结硬化的性能，同时当水泥所含的熟料矿物不同或含量不同时所表现出的性质就各有差异，如提高硅酸三钙的含量，可制得高强度水泥，降低铝酸三钙和硅酸三钙含量，可制得水化热低得水泥（如大坝水泥）。
3.相组成
材料中具有相同物理、化学性质得均匀部分称为相。凡由两相或两相以上物质组成的材料称为复合材料。土木工程材料大多数是多相固体，可看做复合材料。如水泥混凝土可认为是骨料颗粒（骨料相）分散在水泥浆基体（基相）中所组成的两相复合材料。两相之间的分界面称为界面，在实际建筑材料中，界面是一个很薄的薄弱区，可称为“界面相”，有许多建筑材料破坏时往往首先发生在界面，通过改变和控制原材料的品质及配合比例，可改变和控制材料的相组成，从而改善和提高材料的技术性能。如研究混凝土的配合比，就是为了改善混凝土的相组成，尽量使混凝土结构接近均匀而密实，保证其强度和耐久性。
2.4.2材料的结构和构造
材料的结构和构造是决定材料性质的重要因素。材料的结构是指的组织状况，可分为宏观结构、细观结构和微观结构。
1.宏观结构
宏观结构是指用肉眼或在10～100倍放大镜或显微镜下就可分辨的粗大级组织，尺寸范围在1mm以上。材料的宏观结构直接影响材料的密度、渗透性、强度等性质。相同组成的材料，如果质地均匀，结构致密，则强度高，反之则强度低。按照材料内部孔隙尺寸分类如下：
（1）致密结构 密度和表观密度极其相近的材料，一般可认为是无孔隙或少孔隙的材料，如钢材、玻璃、塑料等。这类材料表观密度大，孔隙率小，强度高，导热性强。
（2）纤维结构 由纤维状物质构成的材料结构。如木材、岩面、矿棉、玻璃棉等。材料内部质点排列具有方向性，其平行纤维方向、垂直纤维方向的强度和导热性等性质具有明显的差异性，由于含有大量空气，在干燥状态下质轻，隔热性和吸声性强。
（3）多孔结构 材料中含有几乎均匀分布的几微米到几毫米的独立孔或连续孔的结构称为多孔结构。如
（仅供参考）土木工程材料 - 图文
