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小孔9,小孔9可供第一電極3插入，同時使第一 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；本實施例中，第 一電極3采用石墨電極，第二電極4采用不銹鋼電極，即盛液桶、石墨電極、不銹鋼電極和電 源形成原電池，加固過程中進(jìn)行原電池反應(yīng)，產(chǎn)生電滲現(xiàn)象。石墨電極需要伸入飽水古木8 的小孔9中，且與浸入修復(fù)液中，而不銹鋼電極在保證浸入修復(fù)液的前提下，可以采用多種 形式。本實施例中，不銹鋼電極被制作成環(huán)狀，且貼靠在盛液桶的內(nèi)壁上，此種結(jié)構(gòu)可增大 不銹鋼電極與修復(fù)液（電解液）的接觸面積，提高修復(fù)液中離子的運(yùn)動速度，加快加固進(jìn) 程。當(dāng)然，不銹鋼電極也可制作成其他形狀，例如：棒狀，或環(huán)繞在飽水古木8外圍的任意形 狀，但是，本實施例的設(shè)計方式最佳，效果最好。
[0041] 飽水古木8中心部位的小孔9除供第一電極3插入外，還需提供進(jìn)水管管道插入 的空間。通過進(jìn)水管將中轉(zhuǎn)槽5內(nèi)的修復(fù)液通入到盛液桶1中，再通過出水管11將盛液 桶1內(nèi)的修復(fù)液泵回中轉(zhuǎn)槽5中構(gòu)成了修復(fù)液的循環(huán)通路。中轉(zhuǎn)槽5中盛放著修復(fù)液，并 設(shè)置有潛水泵10,待加固工作開始后，即可通過潛水泵10將修復(fù)液通過出水管11泵入盛液 桶1中。本實施例加固裝置中，還設(shè)有水浴槽6,中轉(zhuǎn)槽5置入該水浴槽6內(nèi)，水浴槽6內(nèi)盛 有冷卻水，用于冷卻中轉(zhuǎn)槽5內(nèi)的修復(fù)液，并設(shè)有溫控系統(tǒng)，控制冷卻水的溫度。由于加固 過程中，盛液桶1中的修復(fù)液會因原電池反應(yīng)而放熱，而放熱過程會對古木造成損害，使古 木斷裂，對古木造成不可逆性的破壞。所以，需在加固進(jìn)行過程中不斷為盛液桶1輸送冷卻 的修復(fù)液，保證盛液桶1中的修復(fù)液溫度不會過高。
[0042] 中轉(zhuǎn)槽5需通過進(jìn)水管將冷卻后的修復(fù)液送入盛液桶1中，與此同時，還需將原電 池反應(yīng)后的高溫修復(fù)液通過出水管11泵回中轉(zhuǎn)槽內(nèi)。所以，在修復(fù)液循環(huán)通路中，設(shè)有循 環(huán)泵12,用于將高溫的修復(fù)液泵回中轉(zhuǎn)槽5內(nèi)；以及控制閥13,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1內(nèi)修復(fù)液溫度保 持在常溫。
[0043] 為進(jìn)一步確保從中轉(zhuǎn)槽5進(jìn)入盛液桶1內(nèi)的古木中心部位小孔9的冷卻修復(fù)液的 溫度達(dá)到常溫，可以在中轉(zhuǎn)槽5與盛液桶1連通的管路上安裝冷卻器，安裝形式可以多樣。 本實施例直接將進(jìn)水管改造成管狀的連通中轉(zhuǎn)槽5和盛液桶1的冷卻器7,從而提高修復(fù)液 與冷卻器7的接觸時間和接觸面積，提高冷卻效果，其中，冷卻器7的底部即為修復(fù)液進(jìn)入 古木中心部位小孔9的出液口，而冷卻器7的頂部則與中轉(zhuǎn)槽連通。為進(jìn)一步使冷卻效果 提高，可以將冷卻器7的出液口與第一電極相互貼靠，從而降低第一電極的溫度。冷卻器7 也可以是安裝于進(jìn)水管路中間的一個冷卻裝置，或者包裹于進(jìn)水管路外周的冷卻裝置；此 外，盛液桶1以及水浴槽6的外周也可包裹冷卻裝置，實現(xiàn)修復(fù)液的降溫。
[0044] 上述外電場原位加固裝置用于飽水木質(zhì)文物加固時的操作流程如下：
[0045] (1)將飽水古木置于盛液桶中，通過中轉(zhuǎn)槽向盛液桶通入第一修復(fù)液硅酸鈉溶液； 將第一電極石墨電極插入飽水古木中心部位的小孔內(nèi)，并與電源的正極連接，再將第二電 極不銹鋼電極與電源負(fù)極連接；將冷卻器的出液口接入小孔內(nèi)，出水管置于盛液桶的第一 修復(fù)液硅酸鈉溶液內(nèi)；
[0046] (2)開啟電源和冷卻器，修復(fù)液中的硅酸根離子向飽水古木中心部位的小孔內(nèi)移 動，并快速滲透到飽水古木的木纖維結(jié)構(gòu)中；隨著運(yùn)行時間的延長，盛液桶內(nèi)的溫度升高， 與此同時，經(jīng)水浴槽冷卻的中轉(zhuǎn)槽內(nèi)的冷卻的第一修復(fù)液硅酸鈉通過修復(fù)液循環(huán)通路經(jīng)過 冷卻器后進(jìn)入盛液桶中，而盛液桶內(nèi)的部分修復(fù)液經(jīng)管路被泵回中轉(zhuǎn)槽中，形成修復(fù)液循 環(huán)；
[0047] (3)運(yùn)行結(jié)束后，用水泵將盛液桶中的第一修復(fù)液全部抽出，并將盛液桶與盛有第 二修復(fù)液的中轉(zhuǎn)槽連接，再通過中轉(zhuǎn)槽向盛液桶中通入第二修復(fù)液硝酸鈣溶液；將第一電 極石墨電極與電源負(fù)極連接，將第二電極不銹鋼電極與電源正極連接；開啟電源和冷卻器， 修復(fù)液中的鈣離子向飽水古木中心部位的小孔內(nèi)移動，與硅酸根離子結(jié)合，在小孔內(nèi)形成 穩(wěn)定的硅酸鈣沉淀；運(yùn)行一段時間后，完成整個加固過程。
[0048] 實施例1
[0049] 針對田螺山遺址中的飽水古木采用實施例1所述裝置進(jìn)行加固試驗，具體操作步 驟如下：
[0050] (1)選取半徑為8cm、高度為7cm的田螺山遺址飽水古木；
[0051] (2)將中心部位挖有小孔的飽水古木置于盛液桶中，通過中轉(zhuǎn)槽向盛液桶中通入 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硅酸鈉溶液，將石墨電極插入飽水古木中心部位的小孔內(nèi)，并與電源的 正極連接，再將不銹鋼電極與電源負(fù)極連接；將冷卻器的出液口接入小孔內(nèi)，出水管置于盛 液桶的硅酸鈉溶液；開啟直流電源，電壓設(shè)置為30V，同時開啟修復(fù)液循環(huán)通路，處理2天； 處理過程中娃酸鈉溶液的溫度為20°C ;
[0052] (3)運(yùn)行結(jié)束后，用水泵將盛液桶中的硅酸鈉溶液全部抽出，并將盛液桶與盛有 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的硝酸鈣溶液的中轉(zhuǎn)槽連接，再通過中轉(zhuǎn)槽向盛液桶中通入硝酸鈣溶液； 將石墨電極與電源負(fù)極連接，將不銹鋼電極與電源正極連接；開啟直流電源，電壓設(shè)置為 30V，同時開啟修復(fù)液循環(huán)通路，處理4天；處理過程中硝酸鈣溶液的溫度為20°C，處理結(jié)束 后，用水泵抽出盛液桶中的硝酸鈣溶液，完成加固過程。
[0053] 將固化處理后的飽水古木按照標(biāo)準(zhǔn)程序檢測順紋抗壓強(qiáng)度和硅鈣元素含量，同 時檢測未處理古木的抗壓強(qiáng)度和硅鈣元素含量，以判斷硅化程度和機(jī)械強(qiáng)度。將處理后飽 水古木與為處理的古木干燥三天后對比尺寸變化，在SEM下觀測處理前后微觀形貌變化。
[0054] 飽水古木經(jīng)硅化處理后，順紋抗壓強(qiáng)度由0. 9MPa提升至2. 045MPa，鈣元素質(zhì)量分 數(shù)由0. 73%達(dá)到12. 06%，硅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0. 21 %達(dá)到3. 22%。未處理古木在干燥后， 體積干縮至原體積的25. 2 %，而處理后古木體積干縮至原體積的93. 3 %。在SEM下觀測，古 木經(jīng)處理后表面被細(xì)小顆粒物完全覆蓋而心部被大量形狀不規(guī)則的顆粒物附著（如圖2~ 5所示）。
[0055] 實施例2~6
[0056] 選取半徑為6cm、高度為7cm的田螺山遺址飽水古木；采用與實施例1的加固方法 相同，僅對加固條件做相應(yīng)修改，固化后的飽水古木按照標(biāo)準(zhǔn)程序檢測順紋抗壓強(qiáng)度和硅 鈣元素含量，同時檢測未處理古木（對照）順紋抗壓強(qiáng)度和硅鈣元素含量。處理條件和結(jié) 果如表1所示。
[0057] 表 1
[0058]
【主權(quán)項】
1. 一種用于飽水木質(zhì)文物的外電場原位加固裝置，其特征在于，包括： 盛液桶，處在木質(zhì)文物外圍用以盛裝修復(fù)液； 第一電極，插入木質(zhì)文物內(nèi)； 第二電極，浸入盛液桶內(nèi)的修復(fù)液中； 電源，電源兩極分別連接第一電極和第二電極； 冷卻器，插入木質(zhì)文物內(nèi)且靠近第一電極； 中轉(zhuǎn)槽，通過管路與冷卻器、盛液桶構(gòu)成修復(fù)液循環(huán)通路。
2. 如權(quán)利要求1所述的外電場原位加固裝置，其特征在于，還設(shè)有水浴槽，所述中轉(zhuǎn)槽 置入該水浴槽內(nèi)。
3. 如權(quán)利要求1所述的外電場原位加固裝置，其特征在于，在修復(fù)液循環(huán)通路中設(shè)有 循環(huán)泵以及控制閥。
4. 如權(quán)利要求1所述的外電場原位加固裝置，其特征在于，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。
5. 如權(quán)利要求4所述的外電場原位加固裝置，其特征在于，所述冷卻器與第一電極相 互貼靠。
6. 如權(quán)利要求1所述的外電場原位加固裝置，其特征在于，所述第二電極為環(huán)狀，繞木 質(zhì)文物外圍布置。
7. 如權(quán)利要求1所述的外電場原位加固裝置，其特征在于，所述第二電極固定貼靠在 盛液桶的內(nèi)壁。
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于飽水木質(zhì)文物的外電場原位加固裝置，該裝置包括盛裝修復(fù)液的盛液桶、插入木質(zhì)文物內(nèi)的第一電極、浸入修復(fù)液中的第二電極、電源以及冷卻器和中轉(zhuǎn)槽，中轉(zhuǎn)槽通過管路與冷卻器、盛液桶構(gòu)成修復(fù)液循環(huán)通路。該裝置簡單易行，可在常溫常壓下操作；且無需移動木質(zhì)文物，可對木質(zhì)文物進(jìn)行原位保護(hù)；采用該裝置加固后的木質(zhì)文物抗壓強(qiáng)度、保水性顯著提高。
【IPC分類】B27K3-02
【公開號】CN204505480
【申請?zhí)枴緾N201520060327
【發(fā)明人】張溪文, 黃正峰
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年1月28日