CN111207970B - 一种利用水稻秸秆提高全尾砂胶结充填体抗拉强度的方法 - Google Patents

一种利用水稻秸秆提高全尾砂胶结充填体抗拉强度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种利用水稻秸秆提高全尾砂胶结充填体抗拉强度的方法，属于金属矿山地下充填领域，所述提高充填体抗拉强度方法中所添加水稻秸秆参数为：水稻秸秆长度6mm～15mm，掺量占固体质量的0.2‰～0.8‰。本发明通过对充填体抗拉强度进行研究，选择水稻秸秆作为改善充填体力学性能的材料，进行了一系列抗拉强度测试，最终得出可以有效提高充填体抗拉强度的方法，并计算了相比与普通充填体抗拉强度的增加率。该方法通过添加不同长度和掺量的水稻秸秆制备的充填体，其抗拉强度远高于未添加水稻秸秆的普通充填体抗拉强度。

Description

一种利用水稻秸秆提高全尾砂胶结充填体抗拉强度的方法
技术领域
本发明属于矿山地下采空区充填及充填体力学性能研究相关技术领域，具体涉及一种利用水稻秸秆提高全尾砂胶结充填体抗拉强度的方法。
背景技术
随着浅部资源的枯竭，世界范围内的金属矿山逐渐转向深部开采，充填采矿法的特点决定其是深部开采中的首选方法。充填采矿法能够控制地层压力、最大限度的回收矿石、提高通风系统效率，为矿工提供了更安全的工作环境，并为无废物开采、矿山的可持续发展、环境保护做出了贡献。充填体的强度是衡量充填质量的关键参数，尤其是充填体抗压强度与抗拉强度。但是充填体与传统的建筑材料相似，在充填到地下采空区固化后存在脆性高，抗拉强度低的特点，抗拉强度是抗压强度的1/10～1/8。在嗣后充填采矿法中，一步骤对矿房回采后立即对矿房进行充填，充填体作为支柱而存在，在二步骤回采矿柱时，充填体一侧会发生暴露，很容易因为抗拉强度低而发生拉伸破坏；另外，在对相邻矿柱实施爆破作业时，爆炸应力波对充填体产生压缩的同时也会生成拉应力，循环爆破荷载下，充填体极易失稳。因此，改善充填体的抗拉强度，减小脆性，对井下安全作业、提高回采率，减少矿石损失贫化具有非常重要的现实意义。
关于改善充填体强度方面，已有学者进行了研究。但是，主要是在充填料浆中添加化学试剂、合成纤维等，在改善强度的同时也提高了成本，显然这并不是最适宜的方法。在中国，每年有大量的水稻秸秆产生，水稻秸秆的堆存、焚烧带了环境、安全问题。将水稻秸秆应用到改善充填体抗拉强度上，不仅有利于矿山的生产，也能够减少水稻秸秆堆存、燃烧带来的一系列安全、环境问题。天然纤维在建筑领域有所应用。但是相比与建筑材料，充填体主要由尾砂与水泥、水组成，尾砂颗粒一般在几十个微米级别，而建筑材料大多是毫米级别，粒级组成相差很大，且为节省成本，充填体的水泥用量较少。因此，水稻秸秆在充填体上的应用不能直接效仿天然纤维在建筑方面的应用，必须加以研究。
鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种利用水稻秸秆提高全尾砂胶结充填体抗拉强度的方法，通过制备与现场相同配比的添加与未添加水稻秸秆的充填体试样，对其进行抗拉强度测试，得到添加与未添加水稻秸秆充填体试样的抗拉强度值，计算添加水稻秸秆的充填体试样抗拉强度增加率，得到水稻秸秆充填体抗拉强度改善效果。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种利用水稻秸秆提高全尾砂胶结充填体抗拉强度的方法，包括下列步骤：
S1：水稻秸秆的准备
收集水稻秸秆，加工成6～15mm长度；
S2：充填体试样的制备与养护
实测获取现场充填体配比参数，制作与现场相同配比的添加与未添加水稻秸秆的充填体至少三个；
S3：单轴抗拉强度试验测定充填体试样抗拉强度
对达到养护龄期的充填体试样进行抗拉强度测试，得到添加与未添加水稻秸秆的充填体试样抗拉强度值，计算抗拉强度增加率，公式如下：
Figure BDA0002240814830000021
式中：n为添加水稻秸秆的充填体相比于普通充填体抗拉强度增加率；
σa为添加水稻秸秆的充填体抗拉强度，单位为MPa；
σb为未添加水稻秸秆的充填体抗拉强度，单位为MPa；
通过计算得到添加水稻秸秆的充填体抗拉强度增加率，进而确定水稻秸秆对充填体抗拉强度的改善效果。
本发明中，S1中水稻秸秆的准备包括以下步骤：
a1：收集水稻秸秆，对水稻秸秆去皮，去掉关节处；置入4％浓度的NaOH溶液中浸泡24h；用水清洗水稻秸秆至中性，待水稻秸秆晒干后加工成长度6mm～15mm样品待用。
本发明中，S2中充填体试样的制备与养护包括以下步骤：
b1：充填体试样制备：根据现场实测充填体配比，首先将水泥与尾砂混合均匀，然后添加固体质量的0.2‰～0.8‰的水稻秸秆，再一次混合均匀，加入适量的水，在JJ-5型搅拌机下搅拌5min，使水泥尾砂浆与水稻秸秆充分混合，浇筑到模具中，制备成70.7×70.7×70.7mm的添加与未添加水稻秸秆的立方体充填体试样；
b2：充填体试样养护：将制备好的添加于未添加水稻秸秆的充填体试样放置到湿度95％，温度20℃恒温恒湿养护箱中，养护龄期为7d、14d、28d。
本发明中，S3中抗拉强度试验测定充填体试样抗拉强度包括以下步骤：
c1：充填体试样单轴抗拉强度测试试验准备：将达到7d、14d、28d养护龄期的充填体试样上下面各放置两条直径2mm的钢条，将试样的表面荷载转换为线性荷载，使试样产生垂直于加载方向的拉应力；
c2：充填体试样抗拉强度测试过程：充填体抗拉强度试验采用中国科学院武汉岩土所研制的RMT-150C岩石力学实验系统，测试时，设定恒速加载速率为0.01mm/s，每隔0.5s记录应力应变，当达到充填体最大承载能力时，发生破坏，RMT-150C岩石力学试验系统加载活塞主动弹起；重复测定至少三组以上充填体试样，最后求出峰值应力的平均值，同组充填体试样的应力误差在±10％范围内；
c3：添加水稻秸秆的充填体抗拉强度增加率计算：抗拉强度测试得到添加与未添加水稻秸秆充填体抗拉强度，根据下面的公式计算添加水稻秸秆充填体抗拉强度增加率：
Figure BDA0002240814830000031
式中：n为添加水稻秸秆的充填体相比于普通充填体抗拉强度增加率；
σa为添加水稻秸秆的充填体抗拉强度，单位为MPa；
σb为未添加水稻秸秆的充填体抗拉强度，单位为MPa；
通过计算得到添加水稻秸秆的充填体抗拉强度增加率，更加清楚地显示添加水稻秸秆后充填体抗拉强度的改善效果。
本发明中，所述的中国科学院武汉岩土所RMT-150C岩石力学实验系统，其最大载荷1000KN，活塞行程50mm，压力传感器精度0.001N，位移传感器精度0.001mm。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本方法能够有效的改善充填体的抗拉强度。水稻秸秆本身是便宜的农作物，甚至被当做废弃物进行焚烧、随意堆放，添加到充填体中不仅能改善充填体抗拉强度，而且相比与化学试剂、合成纤维，其成本大大降低，而且对废弃水稻秸秆的处理有了新方法。此外，水稻秸秆的添加方式比较简单，适合现场应用。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明所要解决的技术问题是通过廉价、广泛的材料，解决充填体抗拉强度较低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种利用水稻秸秆提高全尾砂胶结充填体抗拉强度的方法，在充填料浆中添加水稻秸秆，水稻秸秆的长度为6～15mm，添加量为固体质量的0.2‰～0.8‰。
具体基于一种利用水稻秸秆提高全尾砂胶结充填体抗拉强度的方法结合以下实施例进行详细说明：
实施例1
一种利用水稻秸秆提高全尾砂胶结充填体抗拉强度的方法，包括下列步骤：
水稻秸秆的准备：收集当地产的水稻秸秆，加工成6～15mm长度；
收集水稻秸秆，对水稻秸秆去皮，去掉关节处，置入4％浓度的NaOH溶液中浸泡24h，用水清洗水稻秸秆至中性，待水稻秸秆晒干后加工成长度6mm～15mm样品待用。
充填体试样的制备与养护：根据现场实测充填体配比，按照表1配比首先将水泥与尾砂混合均匀，加入适量的水，制备成70.7×70.7×70.7mm的立方体充填体试样；
表1未添加水稻秸秆的充填体试样材料配比
灰砂比 浓度/％ 水稻秸秆长度/mm 水稻秸秆掺量/％
1:4 74％ 0 0
试样材料准备
制备试样之前，采用烘干法对尾砂含水率进行测量，温度103℃，多次称重，直至尾砂重量恒定不变；
试样搅拌混合
搅拌时，首先将水泥与尾砂混合，然后加入适量的水，放入JJ-5型搅拌机中搅拌5min，使料浆混合均匀；
浇筑未添加水稻秸秆的充填体
首先在模具中涂抹一层脱模油，然后一次性将料浆注入模具，用细棒在模具边角处进行振捣。为了防止料浆沉降后造成试样变形，封顶料浆要高出模具顶面5～8mm，当料浆失去流动性后，将上面多余部分刮掉，脱模后置于养护箱中。
试样养护
将制备好的未添加水稻秸秆的充填体试样放置到湿度95％，温度20℃恒温恒湿养护箱中，养护龄期为7d、14d、28d。
抗拉强度试验测定充填体试样抗拉强度
充填体试样单轴抗拉强度测试试验准备
将达到7d、14d、28d养护龄期的充填体试样上下面各放置两条直径2mm的钢条，将试样的表面荷载转换为线性荷载，使试样产生垂直于加载方向的拉应力；
充填体试样抗拉强度测试过程
充填体抗拉强度试验采用中国科学院武汉岩土所研制的RMT-150C岩石力学实验系统，测试时，设定恒速加载速率为0.01mm/s，每隔0.5s记录应力应变，当达到充填体最大承载能力时，发生破坏，RMT-150C岩石力学试验系统加载活塞主动弹起；重复测定至少三组以上充填体试样，最后求出峰值应力的平均值，得到未添加水稻秸秆充填体的抗拉强度σb。同组充填体试样的应力误差在±10％范围内。
经测试未添加水稻秸秆的充填体抗拉强度σb在7d、14d、28d养护龄期时分别为0.272MPa、0.441MPa、0.788MPa。
实施例2
水稻秸秆的准备
收集水稻秸秆，加工成6～15mm长度；收集水稻秸秆，对水稻秸秆去皮，去掉关节处，置入4％浓度的NaOH溶液中浸泡24h，用水清洗水稻秸秆至中性，待水稻秸秆晒干后加工成长度6mm～15mm样品待用。
充填体试样的制备与养护
根据现场实测充填体配比，按照表2比例首先将水泥与尾砂混合均匀，然后添加长度为6mm的水稻秸秆，每组试样的掺量为固体质量的0.2‰、0.4‰、0.6‰、0.8‰，最后加入适量的水，制备成70.7×70.7×70.7mm的添加水稻秸秆的立方体充填体试样；
表2添加6mm长水稻秸秆的充填体试样材料配比
Figure BDA0002240814830000051
试样材料准备
制备试样之前，采用烘干法对尾砂含水率进行测量，温度103℃，多次称重，直至尾砂重量恒定不变；
试样搅拌混合
搅拌时，首先将水泥与尾砂混合，然后添加6mm长水稻秸秆，每组添加量为固体质量的0.2‰、0.4‰、0.6‰、0.8‰，加入适量的水，放入JJ-5型搅拌机中搅拌5min，使料浆混合均匀；
浇筑充填体
首先在模具中涂抹一层脱模油，然后一次性将料浆注入模具，用细棒在模具边角处进行振捣。为了防止料浆沉降后造成试样变形，封顶料浆要高出模具顶面5～8mm，当料浆失去流动性后，将上面多余部分刮掉，脱模后置于养护箱中。
试样养护
将制备好的添加水稻秸秆的充填体试样放置到湿度95％，温度20℃恒温恒湿养护箱中，养护龄期为7d、14d、28d。
抗拉强度试验测定充填体试样抗拉强度
添加水稻秸秆的充填体试样单轴抗拉强度测试试验准备
将达到7d、14d、28d养护龄期的充填体试样上下面各放置两条直径2mm的钢条，将试样的表面荷载转换为线性荷载，使试样产生垂直于加载方向的拉应力；
添加水稻秸秆的充填体试样抗拉强度测试过程
充填体抗拉强度试验采用中国科学院武汉岩土所研制的RMT-150C岩石力学实验系统，测试时，设定恒速加载速率为0.01mm/s，每隔0.5s记录应力应变，当达到充填体最大承载能力时，发生破坏，RMT-150C岩石力学试验系统加载活塞主动弹起；重复测定至少三组以上充填体试样，最后求出峰值应力的平均值，得到未添加水稻秸秆充填体的抗拉强度σa。同组充填体试样的应力误差在±10％范围内。
添加水稻秸秆的充填体抗拉强度增加率计算：抗拉强度测试得到添加与未添加水稻秸秆充填体抗拉强度，根据下面的公式计算添加水稻秸秆充填体抗拉强度增加率：
Figure BDA0002240814830000061
式中：n为添加水稻秸秆的充填体相比于普通充填体抗拉强度增加率；
σa为添加水稻秸秆的充填体抗拉强度，单位为MPa；
σb为未添加水稻秸秆的充填体抗拉强度，单位为MPa；
经测试得到添加6mm长度水稻秸秆的充填体在7d、14d、28d养护龄期抗拉强度σa，通过
Figure BDA0002240814830000062
计算得到添加水稻秸秆的充填体抗拉强度相比于未添加水稻秸秆的充填体抗拉强增加率，如表3所示。
表3添加长6mm水稻秸秆的充填体抗拉强度及增加率
Figure BDA0002240814830000071
与实施例1对比，实施例2中添加6mm长水稻秸秆的充填体抗拉强度普遍提高，7d、14d、28d养护龄期抗拉强度最大增加率分别为10.294％、19.501％、5.076％，且随着水稻秸秆的添加量增加，抗拉强度增加率提高。6mm长度的水稻秸秆对充填体抗拉强度改善效果较好。
实施例3
水稻秸秆的准备
收集水稻秸秆，加工成6～15mm长度；
收集水稻秸秆，对水稻秸秆去皮，去掉关节处，置入4％浓度的NaOH溶液中浸泡24h，用水清洗至水稻秸秆呈中性，待水稻秸秆晒干后加工成长度6mm～15mm样品待用。
充填体试样的制备与养护
根据现场实测充填体配比，按照表4比例首先将水泥与尾砂混合均匀，然后添加长度为9mm的水稻秸秆，每组试样的掺量为固体质量的0.2‰、0.4‰、0.6‰、0.8‰，最后加入适量的水，制备成70.7×70.7×70.7mm的添加水稻秸秆的立方体充填体试样；
表4添加9mm长水稻秸秆的充填体试样材料配比
Figure BDA0002240814830000072
试样材料准备
制备试样之前，采用烘干法对尾砂含水率进行测量，温度103℃，多次称重，直至尾砂重量恒定不变；
试样搅拌混合
搅拌时，首先将水泥与尾砂混合，然后添加9mm长水稻秸秆，每组添加量维固体质量的0.2‰、0.4‰、0.6‰、0.8‰，加入适量的水，放入JJ-5型搅拌机中搅拌5min，使料浆混合均匀；
浇筑充填体
首先在模具中涂抹一层脱模油，然后一次性将料浆注入模具，用细棒在模具边角处进行振捣。为了防止料浆沉降后造成试样变形，封顶料浆要高出模具顶面5～8mm，当料浆失去流动性后，将上面多余部分刮掉，脱模后置于养护箱中。
试样养护
将制备好的添加于未添加水稻秸秆的充填体试样放置到湿度95％，温度20℃恒温恒湿养护箱中，养护龄期为7d、14d、28d。
抗拉强度试验测定充填体试样抗拉强度
添加水稻秸秆的充填体试样单轴抗拉强度测试试验准备
将达到7d、14d、28d养护龄期的充填体试样上下面各放置两条直径2mm的钢条，将试样的表面荷载转换为线性荷载，使试样产生垂直于加载方向的拉应力；
添加水稻秸秆的充填体试样抗拉强度测试过程
充填体抗拉强度试验采用中国科学院武汉岩土所研制的RMT-150C岩石力学实验系统，测试时，设定恒速加载速率为0.01mm/s，每隔0.5s记录应力应变，当达到充填体最大承载能力时，发生破坏，RMT-150C岩石力学试验系统加载活塞主动弹起；重复测定至少三组以上充填体试样，最后求出峰值应力的平均值，得到未添加水稻秸秆充填体的抗拉强度σa。同组充填体试样的应力误差在±10％范围内。
添加水稻秸秆的充填体抗拉强度增加率计算：抗拉强度测试得到添加与未添加水稻秸秆充填体抗拉强度，根据下面的公式计算添加水稻秸秆充填体抗拉强度增加率：
Figure BDA0002240814830000081
式中：n为添加水稻秸秆的充填体相比于普通充填体抗拉强度增加率；
σa为添加水稻秸秆的充填体抗拉强度，单位为MPa；
σb为未添加水稻秸秆的充填体抗拉强度，单位为MPa；
经测试得到添加9mm长度水稻秸秆的充填体在7d、14d、28d养护龄期抗拉强度σa，通过
Figure BDA0002240814830000082
计算得到添加水稻秸秆的充填体抗拉强度相比于未添加水稻秸秆的充填体抗拉强度增加率，如表5所示。
表5添加长12mm水稻秸秆的充填体抗拉强度及增加率
Figure BDA0002240814830000083
Figure BDA0002240814830000091
与实施例1对比，实施例3中添加9mm长水稻秸秆的充填体抗拉强度普遍提高，7d、14d、28d养护龄期抗拉强度最大增加率分别为27.941％、19.501％、31.218％，随着水稻秸秆掺量的增加，添加水稻秸秆的充填体抗拉强度增加率越大。相比与实施例2，改善效果更好。
实施例4
水稻秸秆的准备
收集水稻秸秆，加工成6～15mm长度；
收集水稻秸秆，对水稻秸秆去皮，去掉关节处，置入4％浓度的NaOH溶液中浸泡24h，用水清洗水稻秸秆至中性，待水稻秸秆晒干后加工成长度6mm～15mm样品待用。
充填体试样的制备与养护
根据现场实测充填体配比，按照表6比例首先将水泥与尾砂混合均匀，然后添加长度为12mm的水稻秸秆，每组试样的掺量为固体质量的0.2‰、0.4‰、0.6‰、0.8‰，最后加入适量的水，制备成70.7×70.7×70.7mm的添加水稻秸秆的立方体充填体试样；
表6添加12mm长水稻秸秆的充填体试样材料配比
Figure BDA0002240814830000092
试样材料准备
制备试样之前，采用烘干法对尾砂含水率进行测量，温度103℃，多次称重，直至尾砂重量恒定不变；
试样搅拌混合
搅拌时，首先将水泥与尾砂混合，然后添加12mm长水稻秸秆，每组添加量为固体质量的0.2‰、0.4‰、0.6‰、0.8‰，加入适量的水，放入JJ-5型搅拌机中搅拌5min，使料浆混合均匀；
浇筑充填体
首先在模具中涂抹一层脱模油，然后一次性将料浆注入模具，用细棒在模具边角处进行振捣。为了防止料浆沉降后造成试样变形，封顶料浆要高出模具顶面5～8mm，当料浆失去流动性后，将上面多余部分刮掉，脱模后置于养护箱中。
试样养护
将制备好的添加于未添加水稻秸秆的充填体试样放置到湿度95％，温度20℃恒温恒湿养护箱中，养护龄期为7d、14d、28d。
抗拉强度试验测定充填体试样抗拉强度
添加水稻秸秆的充填体试样单轴抗拉强度测试试验准备
将达到7d、14d、28d养护龄期的充填体试样上下面各放置两条直径2mm的钢条，将试样的表面荷载转换为线性荷载，使试样产生垂直于加载方向的拉应力；
添加水稻秸秆的充填体试样抗拉强度测试过程
充填体抗拉强度试验采用中国科学院武汉岩土所研制的RMT-150C岩石力学实验系统，测试时，设定恒速加载速率为0.01mm/s，每隔0.5s记录应力应变，当达到充填体最大承载能力时，发生破坏，RMT-150C岩石力学试验系统加载活塞主动弹起；重复测定至少三组以上充填体试样，最后求出峰值应力的平均值，得到未添加水稻秸秆充填体的抗拉强度σa。同组充填体试样的应力误差在±10％范围内。
添加水稻秸秆的充填体抗拉强度增加率计算：抗拉强度测试得到添加与未添加水稻秸秆充填体抗拉强度，根据下面的公式计算添加水稻秸秆充填体抗拉强度增加率：
Figure BDA0002240814830000101
式中：n为添加水稻秸秆的充填体相比于普通充填体抗拉强度增加率；
σa为添加水稻秸秆的充填体抗拉强度，单位为MPa；
σb为未添加水稻秸秆的充填体抗拉强度，单位为MPa；
经测试得到添加12mm长度水稻秸秆的充填体在7d、14d、28d养护龄期抗拉强度σa，通过
Figure BDA0002240814830000102
计算得到添加水稻秸秆的充填体抗拉强度相比于未添加水稻秸秆的充填体抗拉强度增加率，如表7所示。
表7添加长12mm水稻秸秆的充填体抗拉强度及增加率
Figure BDA0002240814830000103
与实施例1对比，实施例4中添加12mm长水稻秸秆的充填体抗拉强度普遍提高，7d、14d、28d养护龄期抗拉强度最大增加率分别为27.941％、21.542％、33.883％，随着水稻秸秆掺量的增加，抗拉强度增加率提高。相比于实施例2，抗拉强度改善效果更好，略优于实施例3。
实施例5
水稻秸秆的准备
收集当地产的水稻秸秆，加工成6～15mm长度；
收集水稻秸秆，对水稻秸秆去皮，去掉关节处，置入4％浓度的NaOH溶液中浸泡24h，用水清洗水稻秸秆至中性，待水稻秸秆晒干后加工成长度6mm～15mm样品待用。
充填体试样的制备与养护
根据现场实测充填体配比，按照表8比例首先将水泥与尾砂混合均匀，然后添加长度为15mm的水稻秸秆，每组试样的掺量为固体质量的0.2‰、0.4‰、0.6‰、0.8‰，最后加入适量的水，制备成70.7×70.7×70.7mm的添加水稻秸秆的立方体充填体试样；
表8添加15mm长水稻秸秆的充填体试样材料配比
Figure BDA0002240814830000111
试样材料准备
制备试样之前，采用烘干法对尾砂含水率进行测量，温度103℃，多次称重，直至尾砂重量恒定不变；
试样搅拌混合
搅拌时，首先将水泥与尾砂混合，然后添加15mm长水稻秸秆，每组添加量为固体质量的0.2‰、0.4‰、0.6‰、0.8‰，加入适量的水，放入JJ-5型搅拌机中搅拌5min，使料浆混合均匀；
浇筑充填体
首先在模具中涂抹一层脱模油，然后一次性将料浆注入模具，用细棒在模具边角处进行振捣。为了防止料浆沉降后造成试样变形，封顶料浆要高出模具顶面5～8mm，当料浆失去流动性后，将上面多余部分刮掉，脱模后置于养护箱中。
试样养护
将制备好的添加于未添加水稻秸秆的充填体试样放置到湿度95％，温度20℃恒温恒湿养护箱中，养护龄期为7d、14d、28d。
抗拉强度试验测定充填体试样抗拉强度
添加水稻秸秆的充填体试样单轴抗拉强度测试试验准备
将达到7d、14d、28d养护龄期的充填体试样上下面各放置两条直径2mm的钢条，将试样的表面荷载转换为线性荷载，使试样产生垂直于加载方向的拉应力；
添加水稻秸秆的充填体试样抗拉强度测试过程
充填体抗拉强度试验采用中国科学院武汉岩土所研制的RMT-150C岩石力学实验系统，测试时，设定恒速加载速率为0.01mm/s，每隔0.5s记录应力应变，当达到充填体最大承载能力时，发生破坏，RMT-150C岩石力学试验系统加载活塞主动弹起；重复测定至少三组以上充填体试样，最后求出峰值应力的平均值，得到未添加水稻秸秆充填体的抗拉强度σa。同组充填体试样的应力误差在±10％范围内。
添加水稻秸秆的充填体抗拉强度增加率计算：抗拉强度测试得到添加与未添加水稻秸秆充填体抗拉强度，根据下面的公式计算添加水稻秸秆充填体抗拉强度增加率：
Figure BDA0002240814830000121
式中：n为添加水稻秸秆的充填体相比于普通充填体抗拉强度增加率；
σa为添加水稻秸秆的充填体抗拉强度，MPa；
σb为未添加水稻秸秆的充填体抗拉强度，MPa；
经测试得到添加15mm长度水稻秸秆的充填体在7d、14d、28d养护龄期抗拉强度σa，通过
Figure BDA0002240814830000122
计算得到添加水稻秸秆的充填体抗拉强度相比于未添加水稻秸秆的充填体抗拉强度增加率，如表9所示。
表9添加长15mm水稻秸秆的充填体抗拉强度及增加率
Figure BDA0002240814830000123
与实施例1对比，实施例5中添加15mm长水稻秸秆的充填体抗拉强度普遍提高，7d、14d、28d养护龄期抗拉强度最大增加率分别为24.632％、18.821％、23.350％，且随着水稻秸秆掺量的增加，抗拉强度增加率提高。相比于实施例2，抗拉强度改善效果更好，但是略差与实施例3与实施例4。
综上可见，本发明通过对充填体力学性能进行研究，选择成本低、来源广的水稻秸秆作为添加剂，并将添加不同长度水稻秸秆、不同掺量水稻秸秆的充填体抗拉强度与未添加水稻秸秆的充填体抗拉强度进行比较，抗拉强度得到明显改善，得到了添加水秸秆充填体相对于未添加水稻秸秆的充填体抗拉强度增加率。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同增加的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同增加与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (4)

1.一种利用水稻秸秆提高全尾砂胶结充填体抗拉强度的方法，其特征在于，包括下列步骤：
S1：水稻秸秆的准备
收集水稻秸秆，加工成6～15mm长度；
S2：充填体试样的制备与养护
b1：充填体试样制备：根据现场实测获取的充填体配比，首先将水泥与尾砂混合均匀，然后添加固体质量的0.2‰～0.8‰的水稻秸秆，再一次混合均匀，加入适量的水，在JJ-5型搅拌机下搅拌5min，使水泥尾砂浆与水稻秸秆充分混合，浇筑到模具中，制备成70.7×70.7×70.7mm的添加与未添加水稻秸秆的立方体充填体试样；
b2：充填体试样养护：将制备好的添加于未添加水稻秸秆的充填体试样放置到湿度95％，温度20℃恒温恒湿养护箱中，养护龄期为7d、14d、28d；
S3：抗拉强度试验测定充填体试样抗拉强度
对达到养护龄期的充填体试样进行抗拉强度测试，得到添加与未添加水稻秸秆的充填体试样抗拉强度值，计算抗拉强度增加率，公式如下：
Figure FDA0003857581890000011
式中：n为添加水稻秸秆的充填体相比于普通充填体抗拉强度增加率；
σa为添加水稻秸秆的充填体抗拉强度，单位为MPa；
σb为未添加水稻秸秆的充填体抗拉强度，单位为MPa；
通过计算得到添加水稻秸秆的充填体抗拉强度增加率，进而确定水稻秸秆对充填体抗拉强度的改善效果。
2.根据权利要求1所述的一种利用水稻秸秆提高全尾砂胶结充填体抗拉强度的方法，其特征在于，S1中水稻秸秆的准备包括以下步骤：
a1：收集水稻秸秆，对水稻秸秆去皮，去掉关节处；置入4％浓度的NaOH溶液中浸泡24h；用水清洗水稻秸秆至中性，待水稻秸秆晒干后加工成长度6mm～15mm样品。
3.根据权利要求1所述的一种利用水稻秸秆提高全尾砂胶结充填体抗拉强度的方法，其特征在于，S3中抗拉强度试验测定充填体试样抗拉强度包括以下步骤：
c1：充填体试样单轴抗拉强度测试试验准备：将达到7d、14d、28d养护龄期的充填体试样上下面各放置两条直径2mm的钢条，将试样的表面荷载转换为线性荷载，使试样产生垂直于加载方向的拉应力；
c2：充填体试样抗拉强度测试过程：充填体抗拉强度试验采用中国科学院武汉岩土所研制的RMT-150C岩石力学试验系统，测试时，设定恒速加载速率为0.01mm/s，每隔0.5s记录应力应变，当达到充填体最大承载能力时，发生破坏，RMT-150C岩石力学试验系统加载活塞主动弹起；重复测定至少三组以上充填体试样，最后求出峰值应力的平均值，同组充填体试样的应力误差在±10％范围内；
c3：添加水稻秸秆的充填体抗拉强度增加率计算：抗拉强度测试得到添加与未添加水稻秸秆充填体抗拉强度，根据下面的公式计算添加水稻秸秆充填体抗拉强度增加率：
Figure FDA0003857581890000021
式中：n为添加水稻秸秆的充填体抗拉强度增加率；
σa为添加水稻秸秆的充填体抗拉强度，单位为MPa；
σb为未添加水稻秸秆的充填体抗拉强度，单位为MPa；
通过计算得到添加水稻秸秆的充填体抗拉强度增加率，更加清楚地显示添加水稻秸秆后充填体抗拉强度的改善效果。
4.根据权利要求3所述的一种利用水稻秸秆提高全尾砂胶结充填体抗拉强度的方法，其特征在于，所述的中国科学院武汉岩土所RMT-150C岩石力学实验系统，其最大载荷1000KN，活塞行程50mm，压力传感器精度0.001N，位移传感器精度0.001mm。
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