一種用于飽水木質(zhì)文物的外電場(chǎng)原位加固裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及文物保護(hù)修繕技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于飽水木質(zhì)文物的外電場(chǎng)原 位加固裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)是一個(gè)歷史悠久，文化輝煌的文明古國(guó)，在漫漫歷史長(zhǎng)河中，積淀產(chǎn)生了大量 彌足珍貴的文物資源，它們是中華民族寶貴的文物遺產(chǎn)，具有不可復(fù)制的重要?dú)v史文化價(jià) 值。在遺產(chǎn)挖掘的過(guò)程中，不少古遺跡中存在大量大型木質(zhì)結(jié)構(gòu)的建筑，這些木構(gòu)件可以直 接反應(yīng)當(dāng)時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政治、文化發(fā)展水平，具有不容忽視的保存價(jià)值。然而，木質(zhì)文物在出 土后，經(jīng)歷漫長(zhǎng)的歲月，其本身的機(jī)械強(qiáng)度已是極低，又長(zhǎng)期處于半干半濕、干濕交替的惡 劣環(huán)境下，極易發(fā)生開裂甚至斷裂現(xiàn)象。
[0003] 為保護(hù)文物資源的完整性，搶救木質(zhì)文物，前人們已研宄了各種木質(zhì)強(qiáng)化方法，但 均不夠理想。擴(kuò)散法依賴于離子在溶液中的自由擴(kuò)散，雖然處理?xiàng)l件溫和且能夠達(dá)到原位 保護(hù)的目的，但離子通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)入木材速率的緩慢，耗時(shí)長(zhǎng)；溶膠-凝膠法以及溶膠-氣凝 膠法往往需要涉及溫度、壓強(qiáng)的變化，而這些因素均會(huì)對(duì)古木造成不可逆性的破壞。
[0004] 申請(qǐng)公布號(hào)為CN103213180A的專利文獻(xiàn)公開了一種木質(zhì)文物的加固劑、制備方 法及其應(yīng)用，該加固劑含有：松香10~15份、蟲膠5~10份和溶劑75~85份，該發(fā)明采 用上述加固劑進(jìn)行性木質(zhì)文物的加固，具體方法如下：1、溶劑置換：將待加固的木質(zhì)文物 在10~40°C下浸泡于脫水劑中，每隔0. 5~1小時(shí)換一次脫水劑，每12立方厘米體積處理 3~4次，然后將木質(zhì)文物浸泡在脫水劑中浸泡2~3天使其被脫水劑飽和，木質(zhì)文物的重 量不再變化；2、加固劑滲透：將被脫水劑飽和的木質(zhì)文物在10~40°C下浸泡在加固劑中， 密封后，按照每12立方厘米體積處理4~6天的標(biāo)準(zhǔn)，浸泡至木質(zhì)文物被加固劑充分滲透， 木質(zhì)文物的重量不再發(fā)生變化；3、干燥，將被加固劑充分滲透的木質(zhì)文物在10~40°C下干 燥至木質(zhì)文物重量不再發(fā)生變化即可。該方法雖然能夠有效降低木質(zhì)文物的吸濕性、提高 其防腐性，但是，該方法不僅對(duì)各步驟的處理溫度有要求，還會(huì)影響木質(zhì)文物的外觀，且不 能進(jìn)行原位保護(hù)，不適于大規(guī)模的應(yīng)用。
[0005] 目前，針對(duì)木質(zhì)文物的加固裝置研宄較少，有必要研宄一種更為合理的木質(zhì)文物 加固方法以及與其相配套的加固裝置，以解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種用于飽水木質(zhì)文物的外電場(chǎng)原位加固裝置及方法，該加固裝置 簡(jiǎn)單易行，可在常溫常壓下進(jìn)行操作；且無(wú)需移動(dòng)木質(zhì)文物，可對(duì)木質(zhì)文物進(jìn)行原位保護(hù)； 采用該方法加固后的木質(zhì)文物抗壓強(qiáng)度、保水性顯著提高。
[0007] -種用于飽水木質(zhì)文物的外電場(chǎng)原位加固裝置，包括：
[0008] 盛液桶，處在木質(zhì)文物外圍用以盛裝修復(fù)液；
[0009] 第一電極，插入木質(zhì)文物內(nèi)；
[0010] 第二電極，浸入盛液桶內(nèi)的修復(fù)液中；
[0011] 電源，電源兩極分別連接第一電極和第二電極；
[0012] 冷卻器，插入木質(zhì)文物內(nèi)且靠近第一電極；
[0013] 中轉(zhuǎn)槽，通過(guò)管路與冷卻器、盛液桶構(gòu)成修復(fù)液循環(huán)通路。
[0014] 木質(zhì)文物加固過(guò)程中，盛液桶內(nèi)修復(fù)液中的離子在電極作用下向木質(zhì)文物運(yùn)動(dòng)， 產(chǎn)生電滲現(xiàn)象，并在木質(zhì)文物內(nèi)部形成穩(wěn)定的沉淀，從而提高木質(zhì)文物的抗壓強(qiáng)度和保水 性。
[0015] 本發(fā)明外電場(chǎng)原位加固裝置可用于大型的飽水木質(zhì)文物，如：飽水古木；盛液桶 為一體式結(jié)構(gòu)或可拆卸、組裝的兩瓣式結(jié)構(gòu)，盛液桶材料無(wú)嚴(yán)格要求，不被盛放的修復(fù)液腐 蝕即可，優(yōu)選，有機(jī)玻璃桶。
[0016] 作為優(yōu)選，所述的外電場(chǎng)原位加固裝置還設(shè)有水浴槽，所述中轉(zhuǎn)槽置入該水浴槽 內(nèi)。水浴槽內(nèi)盛放有冷卻水，用于冷卻中轉(zhuǎn)槽內(nèi)的修復(fù)液，可與冷卻器配合使用，降低進(jìn)入 盛液桶內(nèi)修復(fù)液的溫度，避免木質(zhì)文物因加固過(guò)程修復(fù)液溫度過(guò)高而造成不可逆性損害
[0017] 在修復(fù)液循環(huán)通路中設(shè)有循環(huán)泵以及控制閥。循環(huán)泵用于將高溫的修復(fù)液泵回中 轉(zhuǎn)槽內(nèi)；控制閥可調(diào)控循環(huán)通路中修復(fù)液的流速，確保循環(huán)通路中高溫的修復(fù)液和冷卻的 修復(fù)液流量均衡，使盛液桶內(nèi)修復(fù)液溫度保持在常溫。
[0018] 作為優(yōu)選，所述冷卻器為管狀，冷卻器底部為出液口，頂部與中轉(zhuǎn)槽連通，可提高 修復(fù)液與冷卻器的接觸時(shí)間和接觸面積，提高冷卻效果。更優(yōu)選，冷卻器與第一電極相互貼 靠，降低第一電極的溫度。
[0019] 所述第二電極為環(huán)狀，繞木質(zhì)文物外圍布置增大第二電極與修復(fù)液的接觸面積， 提高修復(fù)液中離子的運(yùn)動(dòng)速度，加快加固進(jìn)程。進(jìn)一步優(yōu)選，第二電極固定貼靠在盛液桶的 內(nèi)壁。
[0020] 本發(fā)明還提供了一種利用所述的外電場(chǎng)原位加固裝置加固飽水木質(zhì)文物的方法， 將木質(zhì)文物浸入第一修復(fù)液中，在木質(zhì)文物和第一修復(fù)液之間施加第一電壓，保持預(yù)定時(shí) 間后將木質(zhì)文物浸入第二修復(fù)液中，在木質(zhì)文物和第二修復(fù)液之間施加第二電壓，保持預(yù) 定時(shí)間后完成修復(fù)；所述第一修復(fù)液為硅酸鈉水溶液，所述第二修復(fù)液為硝酸鈣水溶液。
[0021] 作為優(yōu)選，木質(zhì)文物在第一修復(fù)液中的保持時(shí)間為2~4天；木質(zhì)文物在第二修復(fù) 液中的保持時(shí)間為2~4天。
[0022] 所述硅酸鈉水溶液中硅酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10~15% ;所述硝酸鈣水溶液中硝酸 媽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10~15%。
[0023] 作為優(yōu)選，所述第一電壓為30~60V ;所述第二電壓為30~60V。
[0024] 將木質(zhì)文物浸入第一修復(fù)液中時(shí)，保持木質(zhì)文物在現(xiàn)場(chǎng)不動(dòng)，在木質(zhì)文物外圍限 定出一盛液空間，再向該盛液空間內(nèi)加入第一修復(fù)液。該方法可保證對(duì)木質(zhì)文物進(jìn)行原位 加固，避免因移動(dòng)木質(zhì)文物而帶來(lái)的損害。
[0025] 作為優(yōu)選，在木質(zhì)文物和第一修復(fù)液之間施加第一電壓時(shí)，向木質(zhì)文物內(nèi)插入第 一電極，在第一修復(fù)液內(nèi)浸入第二電極，再向第一電極和第二電極施加第一電壓。將第一電 極插入木質(zhì)文物中可使第一修復(fù)液中的硅酸根離子以及第二修復(fù)液中的鈣離子向木質(zhì)文 物內(nèi)部移動(dòng)，在木質(zhì)文物內(nèi)部形成穩(wěn)定的沉淀，提高木質(zhì)文物的抗壓強(qiáng)度和保水性。
[0026] 將木質(zhì)文物浸入第二修復(fù)液中時(shí)，先將第一修復(fù)液移出盛液空間，再向盛液空間 內(nèi)加入第二修復(fù)液，避免殘留的第一修復(fù)液中的硅酸根離子在未進(jìn)入木質(zhì)文物前就與第二 修復(fù)液中的鈣離子結(jié)合形成沉淀。
[0027] 電滲過(guò)程為放熱過(guò)程，修復(fù)液在加固過(guò)程中溫度升高，為保證不會(huì)因修復(fù)液溫度 過(guò)高而造成木質(zhì)文物的損害，需向盛液桶內(nèi)循環(huán)輸送冷卻的修復(fù)液，以保證盛液桶內(nèi)修復(fù) 液的溫度處于常溫。作為優(yōu)選，施加第一電壓以及第二電壓時(shí)，對(duì)第一電極進(jìn)行冷卻；具體 地，，施加第一電壓以及第二電壓時(shí)，在保持第一修復(fù)液或第二修復(fù)液的外循環(huán)，且在外循 環(huán)時(shí)利用返回的第一修復(fù)液或第二修復(fù)液對(duì)第一電極進(jìn)行冷卻。
[0028] 作為優(yōu)選，控制第一修復(fù)液的溫度為10~40°C ;控制第二修復(fù)液的溫度為10~ 40。。。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0030] (1)本發(fā)明利用電滲原理，使木質(zhì)文物在加固過(guò)程中，盛液桶內(nèi)修復(fù)液中的離子在 電極作用下向木質(zhì)文物運(yùn)動(dòng)，并在木質(zhì)文物內(nèi)部形成穩(wěn)定的沉淀，從而提高木質(zhì)文物的抗 壓強(qiáng)度和保水性，延長(zhǎng)了木質(zhì)文物的保藏壽命；
[0031] (2)本發(fā)明裝置簡(jiǎn)便易行、在常溫常壓下即可操作；
[0032] (3)本發(fā)明方法無(wú)需挪動(dòng)木質(zhì)文物就可對(duì)木質(zhì)文物進(jìn)行原位保護(hù)，適用于大型木 質(zhì)文物的加固，可大規(guī)模推廣、應(yīng)用；
[0033] (4)本發(fā)明方法中采用的修復(fù)液對(duì)環(huán)境無(wú)污染，在木質(zhì)文物內(nèi)形成的硅酸鈣沉淀 對(duì)木質(zhì)文物的外觀影響不大。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1為本發(fā)明飽水木質(zhì)文物的外電場(chǎng)原位加固裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中加固處理后的飽水古木與未處理的飽水古木在干燥三天 后的形態(tài)對(duì)比圖；
[0036] 左：未處理的飽水古木；右：處理后的飽水古木；
[0037] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中飽水古木處理前后的微觀結(jié)構(gòu)圖；
[0038] a為未處理樣的表面；b為處理樣的表面；c為未處理樣的心部；d為處理樣的心 部。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 如圖1所示，一種用于飽水木質(zhì)文物的外電場(chǎng)原位加固裝置，包括盛液桶1、電源 2、第一電極3、第二電極4、中轉(zhuǎn)槽5、水浴槽6和冷卻器7。本實(shí)施例中盛液桶1為環(huán)繞木 質(zhì)文物外圍的有機(jī)玻璃桶，用于盛裝修復(fù)液，使木質(zhì)文物全部或至少部分浸于盛液桶1的 修復(fù)液中。盛液桶1可采用其他材質(zhì)，只需保證不被盛放的修復(fù)液腐蝕即可。本發(fā)明加固 裝置可用于大型木質(zhì)文物的加固，例如：古木等，本實(shí)施例以飽水古木8為例。對(duì)于大型的 木質(zhì)文物，盛液桶1可采用兩瓣式結(jié)構(gòu)，在木質(zhì)文物需要加固的部位，將盛液桶1組合起來(lái)， 并通過(guò)橡膠軟墊進(jìn)行密封。當(dāng)然，也可將木質(zhì)文物直接置于加固裝置的盛液桶1中進(jìn)行加 固工作。所述的修復(fù)液由第一修復(fù)液和第二修復(fù)液組成，本實(shí)施例中，采用的第一修復(fù)液為 硅酸鈉水溶液，第二修復(fù)液為硝酸鈣水溶液，目的在于形成硅酸鈣固定于古木中，提高古木 的抗壓強(qiáng)度和保水性。
[0040] 飽水古木8的中心部位掏有一個(gè)小孔9,小孔9可供第一電極3插入，同時(shí)使第一 電極3浸入于盛液桶內(nèi)的修復(fù)液中；第一電極3和第二電極4均與電源2連接，電源2采用 直流電源。上述第一電極和第二電極所采用的材料可以是兩種活潑性不同的金屬，例如鋅 電極和銅電極；或者由金屬和其他導(dǎo)電材料組成，例如鋅電極和石墨電極；本實(shí)施例中，第 一電極3采用