古物空洞缝隙修补方法

技术领域

本发明涉及古物修补领域，尤其是涉及古物空洞缝隙修补方法。

背景技术

名贵树木在腐蚀性水下，易发生病虫害的侵蚀，造成树木发生空洞现象，从而引起树木倒伏，或具有腐蚀性的水下建筑及古文物，由于常年受到水侵蚀容易产生缝隙，在海水的冲刷下会造成裂缝进一步扩大和内部混凝土发生钙化反映，影响工程的耐久性和安全。采用常规胶、砂浆填补，无法保证内部充实，磁性砂浆能将水、气排出，阻止古物被进一步腐蚀。通常的，磁性砂浆采用注浆管，配合使用压力注浆机进行修补，对于朽木空洞、雕塑缝隙、佛头缺陷、瓷器裂纹等古物修复，还应考虑其脆性，以及在修复过程中不会产生二次污染，针对上述问题，设有可扩张的注射针管、可弯曲的注射针管进行注浆。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供古物空洞缝隙修补方法，其针对水下古物修复提出了一种利用磁导向修复工艺，它对于富水条件下修补，具有浆液填充密实度高、能利用磁吸导入缝隙的优点，而且在加入微生物后能实现砂浆的自愈合，设有可扩张的注射针管、可弯曲的注射针管进行排水排气注浆，不污染修补表面。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：古物空洞缝隙修补方法，当陶瓷、古树木出现虫蚀洞室、瓷片鼓包、佛头形成的空洞需要修补时，步骤如下：

Step1.1，材料准备：准备磁性修补物料，所述磁性修补物料中有带孔隙的结构和微生物，可扩张的第一注射针管，第一注射针管包括针筒，所述针筒由第一钢管与钢网构成，活塞，活塞轴杆，活塞柄，圆环，球铰链，撑杆，气囊，所述活塞轴杆中有电磁铁，电磁矩阵，所述电磁矩阵由非金属板与小块电磁铁组成；

Step1.2，空洞检测：通过超声探测仪对空洞进行查探，确定空洞的走向及宽度、长度参数；

Step1.3，注浆前期准备：根据实际情况确定注浆孔的位置及深度，当空洞整体与外界有小面积连通时，先对物体表面进行封堵，随后将针筒插入空洞，针筒伸入空洞受到轴向压力扩展呈网笼状结构，在第一注射针管中的活塞通过注浆管与储浆罐相连；

Step1.4，制作磁性修补料：在透明水下凝胶中按一定配比加入铁粉、透明的树脂材料、陶粒或微胶囊带孔隙的结构、细菌孢子和乳酸钙制成磁性浆液，在微小缝隙修补中采用超细水泥、纳米级铁粉的细小粒径材料，细菌孢子在高碱性环境中，产生的CO

Step1.5，空洞抽吸注浆：撑杆撑住活塞柄将活塞固定，对针筒末端气囊充气，使其与外界隔离；在第一注射针管中的活塞通过橡胶圆管与抽吸设备相连，将空洞中水和空气抽出，空洞内部与外界形成压力差，浆液自动灌入空洞；

Step1.6，抽压活塞轴杆：当第一注射针管在注浆过程中出现堵塞，气囊放气平衡内外气压，放下撑杆，活塞轴杆往内压，对活塞轴杆内电磁铁通电，并将活塞轴杆往外拔，随后断电，由此往复带动浆液流动达到疏通效果；

Step1.7，超声波振动：电磁矩阵由多块电磁铁阵列布置在板上，用板将待修补物围住，3D打印勾勒物体轮廓，电脑依据待修补物的形状，开启与待修补物形状相对应的电磁铁；中空活塞轴杆内的电磁铁替换成超声波振动棒，在超声波发射下修补浆液能传播更远；

Step1.8，注浆口封堵：往复Step1.5-Step1.6，经检测空洞内部注浆充实后，待浆液凝固到一定程度，放下撑杆，拔出活塞轴杆并回收，气囊放气，最后用浆液对注浆口进行封堵。

古物空洞缝隙修补方法，当腐蚀性水下古建筑墙体外表面、瓷器表面出现的表面缝隙修补，步骤如下：

Step2.1，材料准备：准备磁性修补物料，所述磁性修补物料有带孔隙的结构，微生物，透明盖板，缝隙末梢上透明盖板预留排水排气孔，可弯曲的第二注射针管，第二注射针管包括第二钢管，所述第二钢管侧壁有出浆液孔，软管，磁吸引子，电磁矩阵，所述电磁矩阵由非金属板与小块电磁铁组成；

Step2.2，缝隙检测：通过超声探测仪对缝隙进行查探，确定缝隙的走向及宽度、长度参数；

Step2.3，注浆前期准备：根据实际情况确定注浆孔的位置及深度、直径并进行钻进，当有多条裂缝时，通过钻孔将其连通为整体，钻孔结束后对缝隙进行清理；随后用透明板盖在缝隙外，板盖四周用水下凝胶水固定，将第二注射针管头部放在缝隙一端，磁铁在板盖外侧沿着缝隙走向滑动，吸引带动第二注射针管进入缝隙；接着，第二注射针管末端通过注浆管与压力注浆机相连；

Step2.4，制作磁性修补料：在透明水下凝胶中按一定配比加入铁粉、透明的树脂材料、陶粒或微胶囊带孔隙的结构、细菌孢子和乳酸钙制成磁性浆液，在微小缝隙修补中采用超细水泥、纳米级铁粉的细小粒径材料，细菌孢子在高碱性环境中，产生的CO

Step2.5，缝隙注浆：磁性浆液通过钢针侧壁预留孔，进入缝隙内，磁性浆液在缝隙另一端磁吸引子的吸引和注浆压力共同作用下，流向远端；

Step2.6，缝隙排水排气：在缝隙末梢处，盖板上开有圆孔，圆孔连接橡胶管，将水气排出；采用正循环排浆将缝隙内水汽排出，注浆完成后，止水夹将橡胶管夹住；

Ste2.7，外加磁场：电磁矩阵由多块电磁铁阵列布置在板上，用板将待修补面盖住，采用平面打印勾勒物体轮廓，电脑依据待修补物的形状，开启与待修补物形状相对应的电磁铁；

Step2.8，缝隙表面处理：撤除透明盖板、注浆管，对修补部位外表面，加入被修复物颗粒或调色物质，进行上色、做旧等复原修复还原。

可扩张的第一注射针管插入空洞进行注浆，根据空洞尺寸大小，选择其高为H，外径为D；

针筒具有一定强度，底端封闭，上端开口，其由第一钢管与钢网穿插构成，底端插入待修补物，针筒受到轴向压力，钢网扩张形成钢笼，磁性修补物料透过钢笼进入空洞。

活塞外圈套有橡胶，在针筒内上下滑动，气密性好，活塞上有两孔，其一通过橡胶圆管连接储浆罐，另一个连接抽吸设备。

活塞轴杆具有一定强度，其高为h，外径为d，为中空杆，中间既可放入电磁铁，也可替换超声波振动棒，位于活塞正上方，传递轴向力，推动活塞运动；

活塞柄为圆盘结构，外环加厚，能将撑杆一端卡住在活塞柄内，固定活塞轴杆位置，空洞内形成压力差时，实现浆液的自动灌入。

圆环放置在注射针管插入的洞口，通过球铰链与撑杆的一端相连；

气囊位于可扩张的第一注射针管的顶端，进行充气封堵洞空，形成密封工作区。

活塞轴杆中有电磁铁，通电产生磁场，吸引磁性修补物料，推动活塞带动空洞内部浆液流动，注浆卡顿时，具有疏通效果；

缝隙位于表面时，清理槽内表层破碎层，通过风压或钢丝刷将孔槽清理干净。

透明盖板将裂缝外表面盖住，并用水下凝胶水将透明盖板四周固定，透过透明盖板既可看到裂缝走向，也可观察内部注浆情况；

缝隙末梢上透明盖板预留排水排气孔，连接橡胶圆管，将缝隙内水汽排出。

可弯曲的第二注射针管利用磁吸引子的磁吸力从缝隙一端引入末梢，第二注射针管包括第二钢管，钢管侧壁有出浆液孔；软管可以弯曲变形，采用金属材质；第二注射针管头部为磁吸引子，在透明盖板外加磁吸作用下，具有导向作用。

电磁矩阵由多块电磁铁阵列布置在非金属板上，电磁铁电源端连接控制器，通过电脑控制。

本发明有如下有益效果：

1.本发明针对文物水下修复难困，创新性的提出了古物空洞缝隙修补方法，该技术是针对古物涉水修补的新技术，可实现水下微裂缝修补。

2.本发明采用磁性修补物料，采用透明的树脂类材料，不形成新的染色效果，便于后期表面加入调色物质，即可进行原色还原，加入带孔隙的结构和微生物，陶粒、微胶囊等结构的孔隙通道可储存微生物，微生物被唤醒后，能分泌粘性物质，实现自愈合。

3.本发明采用可扩张的注射针管修补空洞，注射针管插入空洞后，受到轴向压力，钢网扩张成钢笼，浆液通过钢笼流出，减小洞口的钻孔尺寸，同时具有抗拔作用。

4.本发明采用可扩张的注射针管，利用内外压力差实现注浆修补。撑杆撑住活塞柄将活塞轴杆固定，对注射针筒末端气囊充气，使其与外界隔离；在注射针管中的活塞通过橡胶圆管与抽吸设备相连，将空洞中水和空气抽出，空洞内部与外界形成压力差，浆液自动灌入空洞。

5.本发明采用可扩张的注射针管出现卡顿时，气囊放气内外气压平衡，活塞轴杆往内压，放下撑杆，对活塞轴杆内电磁铁通电，并将活塞轴杆往外拔，随后断电，由此往复带动浆液流动达到疏通效果，满足工程经济性，可行性强。

6.本发明采用撑杆、球铰链、圆环形成支架，将活塞柄卡住撑杆，把力依次通过活塞柄、撑杆、球铰链、圆环传到结构物，限制活塞移动。

7.本发明采用透明盖板修补缝隙，透过盖板可以看到缝隙走向，利用磁吸引子将可弯曲的注射针管沿缝隙走向导入，将缝隙封闭在内，避免浆液污染物体表面。

8.本发明采用可弯曲的注射针管修补缝隙，第二钢管侧壁有出浆液孔，其软管段沿缝隙走向发生弯折，头部的磁吸引子受到磁吸力，带动针管向缝隙深处蔓延，浆液在外加磁场作用下，密实度高，可操作性强，成本低。

9.本发明采用电磁矩阵，根据待修补区域不同形状，控制开启相应区域的电磁铁，使待修补区域全覆盖磁场，精准修复。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明涉及带孔隙的结构和微生物示意图。

图2为本发明所涉及可扩张的注射针管扩张前剖面图。

图3为本发明所涉及可扩张的注射针管排水排气剖面图。

图4为本发明所涉及活塞柄支撑结构图。

图5为本发明所涉及透明盖板位置示意图。

图6为本发明所涉及可弯曲的注射针管结构图。

图7为本发明所涉及缝隙注浆修补示意图。

图8为本发明所涉及缝隙对应的电磁矩阵结构图。

图中，包括空洞1，所述修补物料中有带孔隙的结构21，微生物22，可扩张的第一注射针管，第一注射针管包括针筒4，所述针筒由第一钢管41与钢网42构成，活塞5，活塞轴杆6，活塞柄7，圆环8，球铰链9，撑杆10，气囊11，所述活塞轴杆中有电磁铁12，缝隙13，透明盖板14，缝隙末梢上透明盖板预留排水排气孔141，可弯曲的第二注射针管15，第二注射针管15包括第二钢管16，所述第二钢管侧壁有出浆液孔161，软管17，磁吸引子18，电磁矩阵，所述的电磁矩阵由非金属板191与小块电磁铁192组成。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-4，古物空洞缝隙修补方法，包括以下步骤：

Step1.1，材料准备：准备磁性修补物料，所述磁性修补物料中有带孔隙的结构21和微生物22，可扩张的第一注射针管，第一注射针管包括针筒4，所述针筒由第一钢管41与钢网42构成，活塞5，活塞轴杆6，活塞柄7，圆环8，球铰链9，撑杆10，气囊11，所述活塞轴杆6中有电磁铁12，电磁矩阵，所述电磁矩阵由非金属板191与小块电磁铁192组成；

Step1.2，空洞检测：通过超声探测仪对空洞进行查探，确定空洞的走向及宽度、长度参数；

Step1.3，注浆前期准备：根据实际情况确定注浆孔的位置及深度，当空洞整体与外界有小面积连通时，先对物体表面进行封堵，随后将针筒4插入空洞，针筒4伸入空洞受到轴向压力扩展呈网笼状结构，在第一注射针管中的活塞5通过注浆管与储浆罐相连；

Step1.4，制作磁性修补料：在透明水下凝胶中按一定配比加入铁粉、透明的树脂材料、陶粒或微胶囊带孔隙的结构、细菌孢子和乳酸钙制成磁性浆液，在微小缝隙修补中采用超细水泥、纳米级铁粉的细小粒径材料，细菌孢子在高碱性环境中，产生的CO

Step1.5，空洞抽吸注浆：撑杆10撑住活塞柄7将活塞5固定，对针筒4末端气囊充气，使其与外界隔离；在第一注射针管中的活塞通过橡胶圆管与抽吸设备相连，将空洞中水和空气抽出，空洞内部与外界形成压力差，浆液自动灌入空洞；

Step1.6，抽压活塞轴杆：当第一注射针管在注浆过程中出现堵塞，气囊放气平衡内外气压，放下撑杆10，活塞轴杆6往内压，对活塞轴杆内电磁铁12通电，并将活塞轴杆往外拔，随后断电，由此往复带动浆液流动达到疏通效果；

Step1.7，超声波振动：电磁矩阵由多块电磁铁阵列布置在板上，用板将待修补物围住，3D打印勾勒物体轮廓，电脑依据待修补物的形状，开启与待修补物形状相对应的电磁铁；中空活塞轴杆内的电磁铁替换成超声波振动棒，在超声波发射下修补浆液能传播更远；

Step1.8，注浆口封堵：往复Step1.5-Step1.6，经检测空洞内部注浆充实后，待浆液凝固到一定程度，放下撑杆，拔出活塞轴杆并回收，气囊放气，最后用浆液对注浆口进行封堵。

实施例2：

参见图5-8，古物空洞缝隙修补方法，当腐蚀性水下古建筑墙体外表面、瓷器表面出现的表面缝隙修补，步骤如下：

Step2.1，材料准备：准备磁性修补物料，所述磁性修补物料有带孔隙的结构21，微生物22，透明盖板14，缝隙末梢上透明盖板预留排水排气孔141，可弯曲的第二注射针管15，第二注射针管15包括第二钢管16，所述第二钢管侧壁有出浆液孔161，软管17，磁吸引子18，电磁矩阵，所述电磁矩阵由非金属板191与小块电磁铁192组成；

Step2.2，缝隙检测：通过超声探测仪对缝隙进行查探，确定缝隙的走向及宽度、长度参数；

Step2.3，注浆前期准备：根据实际情况确定注浆孔的位置及深度、直径并进行钻进，当有多条裂缝时，通过钻孔将其连通为整体，钻孔结束后对缝隙进行清理；随后用透明板盖在缝隙外，板盖四周用水下凝胶水固定，将第二注射针管15头部放在缝隙一端，磁铁在板盖外侧沿着缝隙走向滑动，吸引带动第二注射针管15进入缝隙；接着，第二注射针管15末端通过注浆管与压力注浆机相连；

Step2.4，制作磁性修补料：在透明水下凝胶中按一定配比加入铁粉、透明的树脂材料、陶粒或微胶囊带孔隙的结构、细菌孢子和乳酸钙制成磁性浆液，在微小缝隙修补中采用超细水泥、纳米级铁粉的细小粒径材料，细菌孢子在高碱性环境中，产生的CO

Step2.5，缝隙注浆：磁性浆液通过钢针侧壁预留孔，进入缝隙内，磁性浆液在缝隙另一端磁吸引子的吸引和注浆压力共同作用下，流向远端；

Step2.6，缝隙排水排气：在缝隙末梢处，盖板上开有圆孔，圆孔连接橡胶管，将水气排出；采用正循环排浆将缝隙内水汽排出，注浆完成后，止水夹将橡胶管夹住；

Ste2.7，外加磁场：电磁矩阵由多块电磁铁阵列布置在板上，用板将待修补面盖住，采用平面打印勾勒物体轮廓，电脑依据待修补物的形状，开启与待修补物形状相对应的电磁铁；

Step2.8，缝隙表面处理：撤除透明盖板、注浆管，对修补部位外表面，加入被修复物颗粒或调色物质，进行上色、做旧等复原修复还原。

进一步的，磁性修补物料是在透明水下凝胶中按一定配比加入铁粉、环氧树脂材料、陶粒或微胶囊等带孔隙的结构21、菌孢子等具有修补效果的微生物22和乳酸钙制成磁性浆液，在微小缝隙修补中采用超细水泥、纳米级铁粉等细小粒径材料。采用透明的树脂类材料，不形成新的染色效果，便于后期表面加入调色物质，即可进行原色还原，加入带孔隙的结构和微生物，陶粒、微胶囊等结构的孔隙通道可储存微生物，微生物被唤醒后，能分泌粘性物质，实现自愈合。

进一步的，可扩张的第一注射针管插入空洞进行注浆，根据空洞尺寸大小，选择其高为H，外径为D；注射针管插入空洞后，受到轴向压力，钢网扩张成钢笼，浆液通过钢笼流出，减小洞口的钻孔尺寸，同时具有抗拔作用。

进一步的，针筒4具有一定强度，底端封闭，上端开口，其由第一钢管41与钢网42穿插构成，底端插入待修补物，针筒受到轴向压力，钢网扩张形成钢笼，磁性修补物料透过钢笼进入空洞。采用可扩张的第一注射针管，利用内外压力差实现注浆修补。撑杆撑住活塞柄将活塞轴杆固定，对注射针筒末端气囊充气，使其与外界隔离；在注射针管中的活塞通过橡胶圆管与抽吸设备相连，将空洞中水和空气抽出，空洞内部与外界形成压力差，浆液自动灌入空洞。

进一步的，活塞5外圈套有橡胶，在针筒4内上下滑动，气密性好，活塞上有两孔，其一通过橡胶圆管连接储浆罐，另一个连接抽吸设备。

进一步的，活塞轴杆6具有一定强度，其高为h，外径为d，为中空杆，中间既可放入电磁铁，也可替换超声波振动棒，位于活塞5正上方，传递轴向力，推动活塞运动；

进一步的，活塞柄7为圆盘结构，外环加厚，能将撑杆一端卡住在活塞柄内，固定活塞轴杆6位置，空洞内形成压力差时，实现浆液的自动灌入。

进一步的，圆环8放置在注射针管插入的洞口，通过球铰链9与撑杆10的一端相连；

进一步的，气囊11位于可扩张的第一注射针管的顶端，进行充气封堵洞空，形成密封工作区。

进一步的，活塞轴杆中有电磁铁12，通电产生磁场，吸引磁性修补物料，推动活塞带动空洞内部浆液流动，注浆卡顿时，具有疏通效果；

进一步的，缝隙13位于表面时，清理槽内表层破碎层，通过风压或钢丝刷将孔槽清理干净。

进一步的，透明盖板14将裂缝外表面盖住，并用水下凝胶水将透明盖板14四周固定，透过透明盖板14既可看到裂缝走向，也可观察内部注浆情况；缝隙末梢上透明盖板14预留排水排气孔141，连接橡胶圆管，将缝隙内水汽排出。采用透明盖板修补缝隙，透过盖板可以看到缝隙走向，利用磁吸引子将可弯曲的注射针管沿缝隙走向导入，将缝隙封闭在内，避免浆液污染物体表面。

进一步的，可弯曲的第二注射针管15利用磁吸引子的磁吸力从缝隙一端引入末梢，第二注射针管15包括第二钢管16，钢管侧壁有出浆液孔161；软管17可以弯曲变形，采用金属材质；第二注射针管15头部为磁吸引子，在透明盖板14外加磁吸作用下，具有导向作用。采用可弯曲的第二注射针管15修补缝隙，第二钢管侧壁有出浆液孔，其软管段沿缝隙走向发生弯折，头部的磁吸引子受到磁吸力，带动针管向缝隙深处蔓延，浆液在外加磁场作用下，密实度高，可操作性强，成本低。

进一步的，电磁矩阵由多块电磁铁192阵列布置在非金属板191上，电磁铁电源端连接控制器，通过电脑控制。根据待修补区域不同形状，控制开启相应区域的电磁铁，使待修补区域全覆盖磁场，精准修复。