A1040 MIRA超声波断层扫描仪应用于钢筋混凝土路面检测

      伴随大量混凝土道路与结构趋近设计使用年限，路面病害频发，养护维修工程量与资金投入持续增长。本文采用 A1040 MIRA超声波断层扫描仪（超声脉冲回波法）开展混凝土路面病害检测，针对中层水平开裂、内部分层、剥落、基层开裂等缺陷开展评估，设备可识别混凝土内部不连续、裂缝、板体分层及钢筋位置

1.  引言

      混凝土路面病害诱因复杂，内部损伤难以直接判别，修复方案与边界划定存在较大难度。混凝土取芯为常规检测手段，但属于破损检测，耗时长，很难界定病害修复边界。工程现场亟需**的无损检测手段，为修复决策提供依据。

      传统无损检测包含超声表面波、冲击回波、探地雷达等，可满足大部分基础检测需求。但混凝土材料非均质会造成信号散射与衰减；传统超声还需要耦合剂，现场作业效率受限。A1040 MIRA超声波断层扫描仪可弥补传统超声检测的部分不足，适用于混凝土路面、桥柱、跑道的结构完整性评估以及修复边界确定。目视检查仅能识别表层损伤，极易造成修复边界误判，引发病害复发；无损检测可探查内部隐蔽损伤，设备需满足现场易操作、输出结果直观、解析难度低的工程要求。

图 1. 原始修复区域的损坏：(a) IH 27 和 (b) IH30

2. A1040 MIRA超声波断层扫描仪设备原理

      MIRA 属于10‑100 kHz 低频相控阵超声系统，依靠剪切波脉冲回波原理，采用一发一收换能器模式。发射端输出应力波，接收端采集反射回波；结合横波速度与传播时间计算缺陷深度：

D=Cs*（t/2）                                 (1)   其中，Cs：横波速度，t: 传播时间

图 2  MIRA系统原

       探头无需耦合剂，对表面预处理要求低，现场检测效率较高。仪器配置 4×12 点阵传感器阵列，换能器阻尼大，可输出短时脉冲。通过多条扫描线采集数据，能够重构混凝土内部三维图像，直观展示缺陷、分层与钢筋分布。

3 混凝土路面现场应用

3.1 CRCP 路面水平开裂与分层检测

      连续钢筋混凝土路面（CRCP）中层水平开裂、分层属于高发病害，由车辆荷载、温湿度变化引发。该类局部深度破损外观和全深度破损相近，肉眼不易区分；过去常直接全板块更换，带来较高养护成本。选取重载公路试验段，同步开展 MIRA检测、取芯、FWD 弯沉测试。表观裂纹可区分表层温度裂缝与分层诱发的二次裂纹。MIRA 成像可标记内部水平裂缝，弯沉数据显示分层区域挠度明显大于完好区域；取芯结果与 MIRA 检测结果能够互相印证。三维扫描可同时识别中层水平裂缝以及纵向钢筋位置，无需钻孔即可获取钢筋布设信息。现场测试证明：MIRA 可识别 CRCP 中层水平开裂、分层、板厚与钢筋位置，支撑局部修复方案，减少不必要的全板更换。

图3 所示 利用MIRA测试识别水平裂缝：(a)位置1的条件  (b)位置1的MIRA结果  (c)取芯 (d)水平裂缝

图 4.   3-D MIRA 测试：(a) 有水平裂纹   (b) 有水平裂纹的 3-D MIRA 分析结果   (c) 没有水平裂纹    (d) 没有水平裂纹的 3-D MIRA 分析结果

3.2 CRCP 修复边界划定试验

试验位于交通繁忙的路段，选取 3 处病害区段开展 MIRA三维检测，用于确定修复边界。

① 部分#1

病害主要表现为施工缝周边剥落；新旧 CRCP 板厚度不一致。MIRA 二维及三维成像显示接缝两侧存在界面分层脱粘，部分区段混凝土结构完好。依据成像结果圈定病害范围，确定修复边界。

图 5.  3-D MIRA 测试分布图

图6 所示1号截面横向施工缝出现病害

图 7  MIRA 测试结果和路面条件：

(a) 位置 #1-2 处的横截面图   (b) 位置 #1-3 处的横截面图   (c) 位置 #1-1处的 3-D MIRA 分析  (d) 暴露的环氧树脂涂层销钉

图8  所示3-D MIRA分析结果：(a)位置# 1-2   (b)位置# 1-3

② 部分#2

施工缝一侧为厚 CRCP 板，另一侧为旧板上加铺粘结罩面；罩面出现网状裂缝。MIRA 检测确认新旧罩面界面存在延伸型分层，部分位置钢筋表层存在空隙缺陷，结合二维、三维扫描划定局部修复范围。

图 9 第 2 部分的 MIRA 测试布局 

图 10.  (a) 位置 #2-1 的 3-D MIRA 图像  (b) 位置 #2-2 的 MIRA 测试结果  (c) 位置 #2-3 的 MIRA 测试结果（横截面图）   (d) 位置 #2–3的 3-D MIRA 分析结果。

③ 部分#3

施工缝两侧板厚不同，分别出现剥落与网状开裂。MIRA 三维成像清晰区分脱粘区段与完好粘结区段，据此确定修复边界并实施全深度修复；开挖后验证，检测结果与现场实际情况一致性较好。

 图 11.  第 3 部分的 MIRA 测试布局

图 12.  #3-2 位置修复边界的识别 (a) MIRA 测试的分层边界，(b) 修复边界的 3-D MIRA 分析图像，(c) A-A0 部分的 MIRA 分析图像，以及 (d) B-B0 部分的 MIRA 分析图像。

4 结论

      A1040 MIRA超声波断层扫描仪依托脉冲回波技术，可对混凝土路面水平开裂、分层、剥落、界面脱粘开展检测评估。设备现场操作便捷，成像直观，解析门槛较低。经取芯、弯沉对比验证，可识别混凝土内部隐蔽缺陷、定位钢筋，辅助确定路面修复边界，减少过度维修，可为道路、桥梁、跑道等混凝土结构无损检测及养护评估提供技术支持。