摘要
近年来路面养护越来越依赖无损技术。本文介绍基于低频超声层析成像的A1040 MIRA超声波断层扫描仪在混凝土路面参数评估中的应用。通过对三个不同路面实验段进行检测，超声波信号处理结果能够有效可靠地识别混凝土板厚度和钢筋位置。其中一处实验段发现厚度不足及钢筋埋深低于设计的问题。此外，利用新型混凝土质量指标（HTI）可关联截面内横向裂缝和碱硅反应（ASR）的存在。
1. 研究引言
混凝土路面材质具备非均质特性，局部取样检测难以反映整体结构状态。传统钻孔取芯、沟槽开挖等破坏性检测方式，易损伤原有路面结构、诱发次生病害，且检测效率低、养护成本高，取样后修补材料与原路面的粘结性能、结构参数存在偏差，无法还原原始工况。
现阶段工程检测多采用“无损普查+局部复检”的组合检测模式，依托无损检测技术完成大范围路面快速评估，针对疑似病害点位辅以核验，兼顾检测效率与结果可靠性。无损检测不仅适用于道路病害排查、养护修复评估，还可贯穿施工全过程质量管控，在不损伤结构的前提下，为局部修复、整体翻新等养护决策提供科学依据。
本文基于A1040 MIRA超声波断层扫描仪的合成孔径成像技术，开展混凝土路面多参数无损检测研究，通过实测数据与取芯结果对比，验证设备在板厚检测、钢筋定位、病害识别中的应用效果，结合信号量化指标评估混凝土内部早期劣化状态，完善路面无损检测技术应用体系。
2. 主流混凝土路面无损检测技术对比
2.1 探地雷达（GPR）
探地雷达依托不同频率天线适配检测场景，高频天线成像分辨率高、探测深度有限，低频天线探测深度更大、分辨率相对偏低，可实现路面层厚快速检测，支持不间断连续检测，交通干扰小。但该技术存在明显应用局限，检测精度受介电常数估算偏差影响较大，对非均匀裂缝、内部空隙辨识度不足；高湿度工况下电磁波易衰减失效，无法适配新浇筑、早龄期混凝土检测，基层反射信号易出现误判，通常需要破坏性取样辅助验证。
2.2 超声断层扫描技术
传统高频超声波检测需双面耦合传感器、依赖耦合剂，信号易受路面多层结构影响产生衰减，难以适配混凝土、沥青路面的单面快速检测场景。A1040 MIRA超声波断层扫描仪突破传统技术短板，采用干式接触换能器、低频50kHz剪切波，穿透性强、适配非均质混凝土材料，无需双面耦合、无需复杂表面处理。设备搭载多组收发换能器，单区域检测耗时短，可快速生成二维扫描图像。低频剪切波抗衰减、抗干扰能力优异，可捕捉混凝土内部声学不连续界面，实测板厚数据与真实值相关性可达0.9968，检测稳定性良好，适配各类混凝土路面结构参数检测与病害识别。
2.3 冲击回波技术
冲击回波是混凝土结构常用的单面无损检测技术，通过小型冲击激励在混凝土表层产生低频应力波，应力波在板底、缺陷界面反射后由传感器接收，结合回波共振频率与传播时长，测算结构厚度、内部空洞、分层脱空等缺陷，无需双面作业，适配路面单面检测场景，检测作业便捷、检测效率较高。
该技术适配均质混凝土板材的厚度检测与宏观脱空排查，在常规路面普查中应用广泛，但存在明显技术局限：对混凝土非均质材料适应性一般，粗骨料、微裂缝易造成波形散射，干扰共振频率判定；难以准确识别细微裂缝、浅层病害及多层结构界面缺陷；数据多为单点采集，无法形成连续成像，内部缺陷形态、延展范围可视化效果弱，复杂工况下误判概率偏高，精细检测能力有限。
3. 混凝土路面现场试验与结果分析
本次试验选取三类典型混凝土路面路段，覆盖不同结构、不同厚度工况，全面验证设备适用性：普通混凝土停车场（150mm、250mm厚）、公交站超薄白色罩面WTU（100mm厚）、连续钢筋混凝土路面CRCP（240mm厚）。
3.1 混凝土板厚检测
依托超声波信号反射幅值差异，可区分混凝土面板与基层界面，完成板厚测算。试验结果显示：超薄罩面WTU厚度与设计值基本吻合；普通混凝土路面、连续钢筋混凝土路面存在厚度偏差，部分路段板厚不足、局部偏薄。选取偏差点位钻孔取芯验证，实测厚度与超声检测结果误差仅5mm左右，检测精度可靠。路面厚度偏差多源于施工工艺偏差，局部厚度不达标会降低路面承载与耐久性能，需针对性加固处置。受混凝土均质度、微裂缝、层间粘结状态影响，部分界面反射信号存在衰减，但设备仍可有效识别界面深度，完成厚度测算。
图 2 设计厚度为 (a) 150 mm 的混凝土板的厚度测量；(b) 250 毫米；(c) 和 (d) 100 毫米；(e) 和 (f) 240 毫米
图 3 CRCP 板坯试样鉴定提取
3.2 钢筋布设检测
超声波成像可自动识别混凝土内部声阻抗变化，准确获取定位钢筋位置、埋深与间距。试验发现，部分CRCP路段钢筋埋深低于设计标准，叠加面板厚度不足问题，导致实际钢深板厚比值超出设计参数，存在施工质量隐患，可通过超声成像直观呈现，为结构安全评估提供依据。
3.3 路面病害识别
混凝土路面病害形态随机、无固定几何特征，识别难度较高。本次试验通过超声图像重点分析两类异常信号：板基界面上方异常反射、界面结构性破损。依托成像结果，成功识别CRCP路面横向裂缝、JPCP路面碱硅反应（ASR）等典型隐蔽病害。相较于表层目视检测，超声成像可捕捉内部未外露损伤，提前预判结构劣化趋势。
图 4 CRCP 加固重建
图 5 出现（a）和（b）裂缝的遇险位置重建；(c) 和 (d) ASR
图 6 声音 (a) 和损坏 (b) 混凝土的信号幅度差异
3.4 混凝土质量量化指标（HTI）
为解决病害图像识别模糊、难以量化的问题，本文采用希尔伯特变换指标（HTI）量化混凝土内部损伤程度。完好混凝土超声信号幅值稳定，HTI数值偏低；存在碱硅反应、内部开裂、材质劣化的区域，信号幅值波动剧烈，HTI数值显著升高。试验数据表明，HTI数值高于90时，大概率存在初期隐性病害，可提前识别未发展至表层的早期损伤，实现病害前置预判，弥补单纯图像判读的局限性。
表 1 所示 案例的希尔伯特变换指标 (HTI)
4. 结论
相较于探地雷达、冲击回波等传统无损技术，A1040 MIRA超声波断层扫描仪的成像技术具备良好的适配性与抗干扰能力，可单面快速完成混凝土路面板厚检测、钢筋定位、隐性病害筛查，检测精度经取芯试验验证，误差可控、结果可靠。该技术可有效识别路面施工厚度不足、钢筋错位等质量缺陷，以及横向裂缝、碱硅反应等早期劣化病害。通过HTI量化指标可实现隐性病害数值化判定，突破传统目视、图像定性检测的局限，适用于混凝土路面施工质控、成品质验、存量道路养护评估等场景，可为道路养护、隐患治理、结构安全评价提供可靠的技术支撑。
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