一种用于饱水木质文物的外电场原位加固装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及文物保护修缮技术领域，具体涉及一种用于饱水木质文物的外电场原 位加固装置及方法。
【背景技术】
[0002] 我国是一个历史悠久，文化辉煌的文明古国，在漫漫历史长河中，积淀产生了大量 弥足珍贵的文物资源，它们是中华民族宝贵的文物遗产，具有不可复制的重要历史文化价 值。在遗产挖掘的过程中，不少古遗迹中存在大量大型木质结构的建筑，这些木构件可以直 接反应当时社会经济、政治、文化发展水平，具有不容忽视的保存价值。然而，木质文物在出 土后，经历漫长的岁月，其本身的机械强度已是极低，又长期处于半干半湿、干湿交替的恶 劣环境下，极易发生开裂甚至断裂现象。
[0003] 为保护文物资源的完整性，抢救木质文物，前人们已研宄了各种木质强化方法，但 均不够理想。扩散法依赖于离子在溶液中的自由扩散，虽然处理条件温和且能够达到原位 保护的目的，但离子通过扩散进入木材速率的缓慢，耗时长；溶胶-凝胶法以及溶胶-气凝 胶法往往需要涉及温度、压强的变化，而这些因素均会对古木造成不可逆性的破坏。
[0004] 申请公布号为CN103213180A的专利文献公开了一种木质文物的加固剂、制备方 法及其应用，该加固剂含有：松香10~15份、虫胶5~10份和溶剂75~85份，该发明采 用上述加固剂进行性木质文物的加固，具体方法如下：1、溶剂置换：将待加固的木质文物 在10~40°C下浸泡于脱水剂中，每隔0. 5~1小时换一次脱水剂，每12立方厘米体积处理 3~4次，然后将木质文物浸泡在脱水剂中浸泡2~3天使其被脱水剂饱和，木质文物的重 量不再变化；2、加固剂渗透：将被脱水剂饱和的木质文物在10~40°C下浸泡在加固剂中， 密封后，按照每12立方厘米体积处理4~6天的标准，浸泡至木质文物被加固剂充分渗透， 木质文物的重量不再发生变化；3、干燥，将被加固剂充分渗透的木质文物在10~40°C下干 燥至木质文物重量不再发生变化即可。该方法虽然能够有效降低木质文物的吸湿性、提高 其防腐性，但是，该方法不仅对各步骤的处理温度有要求，还会影响木质文物的外观，且不 能进行原位保护，不适于大规模的应用。
[0005] 目前，针对木质文物的加固装置研宄较少，有必要研宄一种更为合理的木质文物 加固方法以及与其相配套的加固装置，以解决上述问题。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种用于饱水木质文物的外电场原位加固装置及方法，该加固装置 简单易行，可在常温常压下进行操作；且无需移动木质文物，可对木质文物进行原位保护； 采用该方法加固后的木质文物抗压强度、保水性显著提高。
[0007] -种用于饱水木质文物的外电场原位加固装置，包括：
[0008] 盛液桶，处在木质文物外围用以盛装修复液；
[0009] 第一电极，插入木质文物内；
[0010] 第二电极，浸入盛液桶内的修复液中；
[0011] 电源，电源两极分别连接第一电极和第二电极；
[0012] 冷却器，插入木质文物内且靠近第一电极；
[0013] 中转槽，通过管路与冷却器、盛液桶构成修复液循环通路。
[0014] 木质文物加固过程中，盛液桶内修复液中的离子在电极作用下向木质文物运动， 产生电渗现象，并在木质文物内部形成稳定的沉淀，从而提高木质文物的抗压强度和保水 性。
[0015] 本发明外电场原位加固装置可用于大型的饱水木质文物，如：饱水古木；盛液桶 为一体式结构或可拆卸、组装的两瓣式结构，盛液桶材料无严格要求，不被盛放的修复液腐 蚀即可，优选，有机玻璃桶。
[0016] 作为优选，所述的外电场原位加固装置还设有水浴槽，所述中转槽置入该水浴槽 内。水浴槽内盛放有冷却水，用于冷却中转槽内的修复液，可与冷却器配合使用，降低进入 盛液桶内修复液的温度，避免木质文物因加固过程修复液温度过高而造成不可逆性损害
[0017] 在修复液循环通路中设有循环泵以及控制阀。循环泵用于将高温的修复液泵回中 转槽内；控制阀可调控循环通路中修复液的流速，确保循环通路中高温的修复液和冷却的 修复液流量均衡，使盛液桶内修复液温度保持在常温。
[0018] 作为优选，所述冷却器为管状，冷却器底部为出液口，顶部与中转槽连通，可提高 修复液与冷却器的接触时间和接触面积，提高冷却效果。更优选，冷却器与第一电极相互贴 靠，降低第一电极的温度。
[0019] 所述第二电极为环状，绕木质文物外围布置增大第二电极与修复液的接触面积， 提高修复液中离子的运动速度，加快加固进程。进一步优选，第二电极固定贴靠在盛液桶的 内壁。
[0020] 本发明还提供了一种利用所述的外电场原位加固装置加固饱水木质文物的方法， 将木质文物浸入第一修复液中，在木质文物和第一修复液之间施加第一电压，保持预定时 间后将木质文物浸入第二修复液中，在木质文物和第二修复液之间施加第二电压，保持预 定时间后完成修复；所述第一修复液为硅酸钠水溶液，所述第二修复液为硝酸钙水溶液。
[0021] 作为优选，木质文物在第一修复液中的保持时间为2~4天；木质文物在第二修复 液中的保持时间为2~4天。
[0022] 所述硅酸钠水溶液中硅酸钠的质量分数为10~15% ;所述硝酸钙水溶液中硝酸 妈的质量分数为10~15%。
[0023] 作为优选，所述第一电压为30~60V ;所述第二电压为30~60V。
[0024] 将木质文物浸入第一修复液中时，保持木质文物在现场不动，在木质文物外围限 定出一盛液空间，再向该盛液空间内加入第一修复液。该方法可保证对木质文物进行原位 加固，避免因移动木质文物而带来的损害。
[0025] 作为优选，在木质文物和第一修复液之间施加第一电压时，向木质文物内插入第 一电极，在第一修复液内浸入第二电极，再向第一电极和第二电极施加第一电压。将第一电 极插入木质文物中可使第一修复液中的硅酸根离子以及第二修复液中的钙离子向木质文 物内部移动，在木质文物内部形成稳定的沉淀，提高木质文物的抗压强度和保水性。
[0026] 将木质文物浸入第二修复液中时，先将第一修复液移出盛液空间，再向盛液空间 内加入第二修复液，避免残留的第一修复液中的硅酸根离子在未进入木质文物前就与第二 修复液中的钙离子结合形成沉淀。
[0027] 电渗过程为放热过程，修复液在加固过程中温度升高，为保证不会因修复液温度 过高而造成木质文物的损害，需向盛液桶内循环输送冷却的修复液，以保证盛液桶内修复 液的温度处于常温。作为优选，施加第一电压以及第二电压时，对第一电极进行冷却；具体 地，，施加第一电压以及第二电压时，在保持第一修复液或第二修复液的外循环，且在外循 环时利用返回的第一修复液或第二修复液对第一电极进行冷却。
[0028] 作为优选，控制第一修复液的温度为10~40°C ;控制第二修复液的温度为10~ 40。。。
[0029] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0030] (1)本发明利用电渗原理，使木质文物在加固过程中，盛液桶内修复液中的离子在 电极作用下向木质文物运动，并在木质文物内部形成稳定的沉淀，从而提高木质文物的抗 压强度和保水性，延长了木质文物的保藏寿命；
[0031] (2)本发明装置简便易行、在常温常压下即可操作；
[0032] (3)本发明方法无需挪动木质文物就可对木质文物进行原位保护，适用于大型木 质文物的加固，可大规模推广、应用；
[0033] (4)本发明方法中采用的修复液对环境无污染，在木质文物内形成的硅酸钙沉淀 对木质文物的外观影响不大。
【附图说明】
[0034] 图1为本发明饱水木质文物的外电场原位加固装置的结构示意图；
[0035] 图2为本发明实施例1中加固处理后的饱水古木与未处理的饱水古木在干燥三天 后的形态对比图；
[0036] 左：未处理的饱水古木；右：处理后的饱水古木；
[0037] 图3为本发明实施例1中饱水古木处理前后的微观结构图；
[0038] a为未处理样的表面；b为处理样的表面；c为未处理样的心部；d为处理样的心 部。
【具体实施方式】
[0039] 如图1所示，一种用于饱水木质文物的外电场原位加固装置，包括盛液桶1、电源 2、第一电极3、第二电极4、中转槽5、水浴槽6和冷却器7。本实施例中盛液桶1为环绕木 质文物外围的有机玻璃桶，用于盛装修复液，使木质文物全部或至少部分浸于盛液桶1的 修复液中。盛液桶1可采用其他材质，只需保证不被盛放的修复液腐蚀即可。本发明加固 装置可用于大型木质文物的加固，例如：古木等，本实施例以饱水古木8为例。对于大型的 木质文物，盛液桶1可采用两瓣式结构，在木质文物需要加固的部位，将盛液桶1组合起来， 并通过橡胶软垫进行密封。当然，也可将木质文物直接置于加固装置的盛液桶1中进行加 固工作。所述的修复液由第一修复液和第二修复液组成，本实施例中，采用的第一修复液为 硅酸钠水溶液，第二修复液为硝酸钙水溶液，目的在于形成硅酸钙固定于古木中，提高古木 的抗压强度和保水性。
[0040] 饱水古木8的中心部位掏有一个小孔9,小孔9可供第一电极3插入，同时使第一 电极3浸入于盛液桶内的修复液中；第一电极3和第二电极4均与电源2连接，电源2采用 直流电源。上述第一电极和第二电极所采用的材料可以是两种活泼性不同的金属，例如锌 电极和铜电极；或者由金属和其他导电材料组成，例如锌电极和石墨电极；本实施例中，第 一电极3采用