Введение. Бетонный лом изделий и конструкций 3D-аддитивного производства представляет собой мелкозернистый бетон,  твердевший в воздушных условиях, что обусловливает наличие  в цементной матрице значительного количества негидратированных клинкерных частиц, способных после измельчения гидратироваться с образованием новой структуры твердения. После кратковременного помола в вибрационной мельнице бетонный лом содержит частично очищенный и измельченный кварцевый песок, тонкодисперсную цементную матрицу с примесью пылевидного кварца и клинкера [1–2]. Полифракционный гранулометрический состав многокомпонентной смеси способствует образованию полидисперсной структуры, в которой более мелкие частицы располагаются в пустотах крупных частиц, при этом обеспечивается минимизация пустотности пылевидной фракции, что положительно влияет на прочность образцов мелкозернистого бетона [3–7]. На практике пористая структура бетона устраняется увеличением расхода цемента либо вводом тонкодисперсных наполнителей, что обеспечивает заполнение пор новообразованиями или тонкодисперсными частицами наполнителя [8–11]. Однако выполнение данных требований приводит к удорожанию бетонов, так как стоимость дисперсных наполнителей может в несколько раз превышать стоимость вяжущего, поэтому поиск дешевых наполнителей является актуальной задачей [12–20]. При повторном использовании бетонного лома эта проблема решается за счет того, что при кратковременном помоле образуется тонкодисперсный наполнитель, количество которого достигает 28–30 %, состоящий в основном из измельченного цементного камня и небольшой доли кварцевой муки и клинкерных частиц, что увеличивает объем тонкодисперсной части и тем самым обеспечивает надежное формирование плотной цементной матрицы вокруг всех частиц заполнителя. В системе, состоящей из крупных и мелких частиц, при разрыве поверхности происходит взаимодействие фронта растущей трещины с преградами в виде наполнителей оптимальной крупности, что также благоприятно влияет на прочностные характеристики искусственного конгломерата.Исследованию особенностей формирования микроструктуры мелкозернистого бетона на основе бетонного лома 3D-печати посвящается данная работа. Методы и материалы. Мелкозернистый бетон (Ц:П=1:4) на основе кварцевого песка фракции 0,16-1,25 мм заформовывали в лабораторных условиях по методу 3D-печати. После твердения в воздушно-сухих условиях 10-12 мес и дробления на лабораторной щековой дробилке измельчали в лабораторной вибрационной мельнице. Тонкая фракция <0,16 мм отделялась путем просеивания смеси через стандартное сито 016 для определения зернового состава песка. Различная удельная поверхность тонкой фракции бетонного лома  (Sуд <0,16=420 м2/кг и Sуд <0,16=510 м2/кг) получена в результате различной продолжительности помола бетонного лома в вибрационной мельнице (10 и 20 мин). Кинетику твердения мелкозернистого бетона исследуемого и контрольного состава изучали на образцах 3×3×3 см, в качестве вяжущего использовали ЦЕМ I 42,5 Н. Фазовый состав определяли при помощи рентгеноструктурного анализа. Для исследования микроструктуры образцов мелкозернистого бетона использовали растровый электронный микроскоп «TESCAN MIRA 3 LMU» Центра высоких технологий БГТУ им. В.Г. Шухова.Основная часть. Путем кратковременного помола бетонного лома 3D-печати в вибрационной лабораторной мельнице получали смесь, состоящую из частично очищенного  кварцевого песка, тонкодисперсной цементной матрицы и клинкерной части, благодаря значительной разнице в размолоспособности составляющих компонентов. В качестве критерия степени измельчения использовали удельную поверхность фракции менее 0,16 мм, содержащей преимущественно тонкодисперсный цементный камень  с небольшим количеством кварцевой пыли и клинкерных минералов (алита и белита) (рис. 1).   Рис. 1. Рентгенограмма пылевидной фракции бетонного лома: 1–Sуд<0,16=420 м2/кг;  2–Sуд <0,16=510 м2/кг К факторам, способствующим более интенсивному формированию ранней и нормированной прочности бетона на бетонном ломе (табл. 1) по сравнению с контрольным составом, следует отнести: повышение адгезии формирующейся цементной матрицы ко вторичному мелкому заполнителю из-за наличия на его поверхности тонких слоев в виде гидратных фаз и полифункциональное действие частиц тонкодисперсной части, заключающееся в увеличении объема вяжущего компонента, создании дополнительных центров кристаллизации, снижения пористости, гидратации алита и белита.  Таблица 1Кинетика набора прочности при сжатии образцов мелкозернистого бетона № Бетонный лом, %ЦЕМ I 42,5 Н, %Кв.песок, %В/ЦВ/ТПредел прочности при сжатии, МПа2 сут7 сут14 сут28 сутКонтрольный состав 1:41080200,580,126,0311,3915,7117,10Бетонный лом (S уд.общ=135 м2/кг, Sуд <0,16=420 м2/кг)210000-0,151,986,367,148,173901001,350,1411,7122,6824,4625,524802000,690,1312,3528,5730,5735,23Бетонный лом (S уд.общ=150 м2/кг, Sуд <0,16=510 м2/кг )510000-0,162,116,577,628,676901001,430,1413,5824,5926,3128,607802000,710,1415,6829,8433,1036,28  Тонкодисперсные частицы цементного камня являются более предпочтительными подложками для синтеза зародышей гидратных фаз, чем частицы исходного вяжущего, так как эпитаксиальные контакты наиболее энергично достраиваются к близкой по химической природе кристаллической решетке гидратных фаз наполнителя из цементного камня, при этом значительно снижается энергия образования центров кристаллизации в соответствии с положением Гиббса–Фольмера. Однако, высокодисперсные частицы цементной матрицы являются не только эффективными центрами для образования центров кристаллизации, но и одновременно осуществляют заполнение пор, что способствует обеспечению компактности и однородности структуры для получения низкой пористости и высокой плотности бетона. В таких случаях важную роль играет сочетание оптимальной гранулометрии наполнителей.  Гранулометрия тонкодисперсной части бетонного лома характеризуется полимодальным распределением частиц с тремя, четко выраженными экстремумами на графике дифференциального распределения частиц: в интервале 2-3 мкм (9,3 %), 10–20 мкм (21,1 %) и 60–80 мкм (8,6 %) (рис. 2). Это обусловлено неоднородностью состава тонкодисперсной части и различной размолоспособностью компонентов, в соответствии с которой их можно расположить в ряд по убыванию: кварц – клинкер – цементный камень. При этом гранулометрическая кривая портландцемента характеризуется одномодальным распределением частиц, с максимальным содержанием частиц в диапазоне 15-30 мкм. Рис. 2. Гранулометрия вяжущего ЦЕМ I 42,5 Н и тонкодисперснойфракции бетонного лома:а) ЦЕМ I 42,5 Н; б) фракция <0,16 мм (Sуд =510 м2/кг); в) фракция <0,16 мм (Sуд=420 м2/кг) Анализ гранулометрических кривых, характеризующих содержание и соотношение различных фракций, показывает, что гранулометрия тонкодисперсной фракции бетонного лома выходит за пределы зернового состава частиц бетонного лома как в диапазон меньшего, так и большего размера частиц. В смешанном вяжущем (ЦЕМ I 42,5 Н + фракция <0,16 мм ) за счет наличия тонкодисперсного порошка увеличивается количество мелких фракций (рис. 3): 0,1-1 мкм на 5,2 %, 1–10 мкм на 9,6 %. Увеличение количества частиц больших размеров 60...100 мкм на 7,8 % при избытке пылевидной фракции с высокой дисперсностью благоприятно влияет на снятие деструктивных напряжений, основанных на электростатическом взаимодействии и механическом защемлении, вызывающих образование трещин и нарушения микрооднородности структуры.   Анализ микроструктуры образцов, приведенных на рис. 4, подтверждает преимущества мелкозернистого бетона на бетонном ломе перед бетоном контрольного состава. Повышенные прочностные свойства образцов мелкозернистого бетона на бетонном ломе (с мелким заполнителем и тонкодисперсным наполнителем) обусловлены мелкозернистой структурой искусственного конгломерата, заполнение пор в цементной матрице происходит не только растущими гидратными новообразованиями, но и тонкодисперсными частицами наполнителя, что способствует повышению плотности. На поверхности контакта между кварцевым песком бетонного лома со сросшейся пленкой гидросиликатов кальция и новой формирующейся цементной матрицей мелкозернистого бетона не наблюдается раздела между структурными элементами, что свидетельствует об их высокой адгезии (рис.4, б), в отличие от мелкозернистого бетона контрольного состава, где граница контакта между поверхностью кварцевого песка и матрицей четко прослеживается (рис. 4, а).  Рис. 3. Гранулометрия вяжущего ЦЕМ I 42,5 Н с тонкодисперсным наполнителем из бетонного лома: а) ЦЕМ I 42,5 Н + фракция <0,16 мм (Sуд =420 м2/кг); б) ЦЕМ I 42,5 Н + фракция <0,16 мм (Sуд=510 м2/кг)Рис. 4. Микроструктура образцов мелкозернистого бетона: а) контрольный состав (ПЦ-20 %, кв. песок-80 %); б) ПЦ-20 %, бет. лом.-80 %Рис. 5. Микроструктура образцов мелкозернистого бетона: а) контрольный состав (ПЦ-20 %, кв. песок-80 %); б) ПЦ-20 %, бет. лом.-80 % Микрофотографии поверхности мелкозернистого бетона на бетонном ломе при большем увеличении показывают (см. рис. 5, б), что наблюдается омоноличиваниие цементной матрицы с густым зарастанием пор гидратными новообразованиями.Структура затвердевшего конгломерата представлена плотным массивом (рис. 5, б), покрытым субмикроскопическими новообразованиями. Формируются частицы новообразований нано- и микроразмерного уровня, структура гидросиликатного геля равномерная по объему образцов мелкозернистого бетона, что свидетельствует об активном процессе гидратации вяжущего. Частички измельченного бетонного лома покрыты плотными слоями гидросиликатов кальция. При этом происходит обжатие частиц наполнителя и заполнителя многокомпонентной матрицей, что обусловливает высокие прочностные свойства искусственного конгломерата. Выводы. Установлено, что повышенная прочность мелкозернистого бетона на бетонном ломе 3D-печати обусловлена  повышенной адгезией формирующейся цементной матрицы ко вторичному мелкому заполнителю и влиянием  тонкодисперсного компонента на увеличение объема вяжущей части, создание центров кристаллизации гидратных фаз, обеспечение компактной и однородной структуры за счет заполнения пор, гидратацией алита и белита. Минимизация пустотности тонкодисперсной части бетонного лома  за счет компактного распределения более мелких частиц в  пустотах крупных частиц во многом обусловлена полимодальным зерновым составом, что способствует оптимизации структуры мелкозернистого бетона и повышению  прочности. Установлены особенности микроструктуры образцов мелкозернистого бетона. При введении в бетонный лом портландцемента образуется компактная структура искусственного конгломерата, с заполнением пор растущими гидратными фазами и тонкодисперсными частицами наполнителя, тем самым обеспечивается омоноличивание структурных элементов многокомпонентной цементной матрицей. У образцов мелкозернистого бетона контрольного состава структура характеризуется слабой контактной зоной между заполнителем и цементной матрицей из-за недостаточного количества вяжущего для обмазки кварцевого песка гидросиликатным гелем, что приводит к снижению прочности при сжатии практически в два раза, по сравнению с исследуемыми образцами на бетонном ломе.