Вяжущие материалы — это минеральные и органические вещества, применяемые для изготовления бетонов и строительных растворов, скрепления (омоноличивания) отдельных элементов строительных конструкций, гидроизоляции (создания водонепроницаемых покрытий).
К минеральным вяжущим материалам относятся порошкообразные вещества, образующие при смешивании с водой пластичную массу, которая постепенно затвердевает, образуя прочное камне-видное тело. Различают гидравлические вяжущие — материалы, которые после смешивания с водой и предварительного затвердевания на воздухе сохраняют свою твердость и продолжают упрочняться («набирать» прочность) в воде — это разновидности цементов, гидравлическая известь. Воздушные вяжущие — это вещества, которые способны твердеть и сохранять прочность только на воздухе (гипс, воздушная известь, жидкое стекло).
В метростроении в основном применяют гидравлические вяжущие, чаще всего — цементы. Основой цементов является тонко раз-молотый цементный клинкер — обожженная до спекания смесь известняка или мергеля и глины. Добавка строительного гипса (получаемого обжигом природного гипса) позволяет получать цементы с уменьшенными сроками схватывания — портландцементы, добавкой шлаков получают шлакопортландцементы. Добавление к этим разновидностям цемента специальных минеральных добавок дает быстротвердеющие портландцемент и шлакопортландцемент, отличающиеся повышенной прочностью через трое суток твердения.
Показателем прочности цемента является его марка (чем выше марка, тем больше прочность). Выпускают портландцементы пяти марок: 300, 400, 500, 550 и 600.
На основе глиноземистого клинкера получают глиноземистый и гипсоглиноземистый цементы. Эти цементы используют для получения быстротбердеющих строительных растворов и бетонов. Глиноземистый цемент является продуктом тонкого помола клинкера, получаемого путем обжига до оглавления смеси бокситов и известняков. Его марки: 400, 500 и 600. Применяют этот цемент в случае, когда портландцемент не обеспечивает требуемой долговечности конструкций или необходим их быстрый ввод в эксплуатацию.
На основе глиноземистого цемента созданы быстротвердеющие гидравлические вяжущие вещества — расширяющиеся и безусадочные цементы (марки БУС), применяемые при чеканке швов сборной тоннельной обделки.
В метростроении для первичного нагнетания за тоннельную обделку используют цементно-песчаные (строительные) растворы — смеси цемента, песка и воды. Составы таких растворов (соотношение по массе количества цемента и песка, например, 1 : 2 или 1 : 4) принимают в зависимости от необходимой прочности и назначения раствора. Растворы, в которых имеются несколько различных вяжущих и введены добавки для улучшения технологических свойств,, называют смешанными (например, известково-цементно-песчаный).
Бетоном называют искусственный строительный материал, получаемый в результате твердения смеси из вяжущего, воды, заполнителей (песка, гравия или щебня) и в необходимых случаях — специальных добавок. Активными веществами в бетоне являются цемент и вода. Состав бетона условно можно обозначить соотношением: 1 : х : у. Это значит, что в состав бетона входят одна часть (по массе) цемента, к частей песка и у частей щебня или гравия. Прочность бетона зависит от прочности заполнителей, активности цемента и водоцементного отношения. Излишняя вода снижает качество бетона, так как при ее испарении образуются поры.
Прочность бетона определяют испытанием кубиков размерами 15×15 × 15 см через 28 сут твердения. Предел кубиковой прочности бетона определяет марку бетона. Бетон марок М50, М75 и М100 применяют для конструкций и сооружений с низкими напряжениями (фундаменты, внутренние массивы и т. д.). Для железобетонных конструкций в промышленном и гражданском строительстве используют бетоны более высоких марок: М200, М250 и МЗОО. В тоннельных конструкциях применяют бетоны марок от М200 до М400, в отдельных конструкциях — до М600. Так, для изготовления железобетонных шпал применяют бетон М500, а тюбингов обделки тоннеля — М600.
Железобетоном называют сочетание бетона и стальной арматуры, монолитно соединенных и работающих в конструкции как единое целое. Совместная работа материалов в железобетоне обеспечивается прочным сцеплением бетона с арматурой и близостью значений температурных коэффициентов линейного расширения обоих материалов. В этом материале бетон воспринимает сжимающие усилия, а арматура — растягивающие. Достоинства железобетона — высокая прочность, долговечность, простота формообразования. Термин «железобетон» иногда употребляют как собирательное название железобетонных конструкций и изделий.
В метростроении большинство сборных конструкций изготавливают из железобетона (это блоки и тюбинги тоннельной обделки, элементы цельносекционной обделки тоннелей мелкого заложения, колонны, плиты перекрытия и другие элементы станций, строящихся открытым способом).
К органическим вяжущим материалам относятся вещества органического происхождения, обладающие способностью под влиянием физических или химических процессов переходить из пластич-ного состояния в твердое или малопластичное (битум, асфальт и др.). Эти вещества в метростроении используются обычно для гидроизоляции конструкций.
