王諭錫 / 工研院材化所
預拌混凝土品質控制的核心在於精確穩定的水膠比(W/CM)，而細骨材含水率變動是造成變異的關鍵因素。傳統含水率測量難以即時回應批次控制需求，易造成W/CM比波動、影響坍度穩定。即時紅外線(IR/NIR)感測技術可利用水分子特定波長吸收原理，非接觸、表面敏感且反應迅速，有效追蹤細骨材表面水分。導入高頻IR感測器，能即時修正拌合水量並穩定配比。實證結果顯示，IR監測系統能將W/CM比標準偏差降至原本的30%以內，坍度標準偏差也降低66%以上，大幅提升施工品質穩定，並可安全降低水泥用量，減少碳排與成本。
【內文精選】
紅外線含水量監測系統的設計與實務架設
為獲得可靠的即時含水率讀數，IR感測器必須安裝在細骨材儲料倉出口閘門下方，進入計量斗之前的落料區或輸送帶上。關鍵的安裝考量包括：
① 物料均勻性：感測器的視野(FOV)必須覆蓋一段均勻、平坦、且厚度穩定的物料流。物料流的不穩定或堆積密度的劇烈變化會導致讀數波動。
② 非接觸距離：準確設定感測器與骨材表面的懸掛高度，確保始終保持在製造商推薦的非接觸測量焦距內。
③ 粉塵對策：粉塵沉積在IR鏡頭上會嚴重衰減光信號。因此，必須安裝防護外罩，並整合清潔氣源（例如壓縮空氣噴射或氣幕）系統，以定時清除鏡頭表面的粉塵和濕氣。
IR儀器必須以高於25 Hz的頻率連續採集數據，並在內部對這些高頻率信號進行數位濾波或移動平均處理，以消除瞬時噪音，輸出穩定、即時的含水率百分比。這些精確的含水率數據隨後透過工業標準介面（如4 mA~20 mA模擬訊號或Modbus數位通訊）傳輸給批次控制器（如圖三）。這是實現閉環控制的關鍵一步，因為只有可靠且即時的數據，才能驅動後續的自動調整執行器。
圖三、拌合廠即時含水率數據反饋與自動調整水量的控制迴路圖
實驗測試結果與穩定性改善量化分析
由於細骨材含水率的即時補償，IR系統極大地抑制了W/CM比在批次間的波動。這是證明技術價值的最直接證據。數據顯示，導入IR系統後，W/CM比的標準偏差從0.024降低到0.007，精準度提升了70.8%。這種顯著的降低證明IR系統能夠有效應對細骨材含水率高達5%的變異性。W/CM比變異性的降低，是確保混凝土強度和耐久性批次間一致性的前提。W/CM比穩定性的改善直接傳導至混凝土施工性指標的穩定。坍度穩定性是衡量材料一致性、減少現場返工和加水行為的關鍵依據。
導入IR系統後，混凝土坍度的標準偏差從30 mm降低至10 mm，穩定性提升了66.7%。這種高程度的穩定性使得現場施工人員能夠信賴材料的一致性，從而提升施工效率和終端品質（如圖四）---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖四、傳統與紅外線控制下坍度標準偏差的時序圖比較，顯示穩定性提升
★本文節錄自《工業材料雜誌》468期，更多資料請見下方附檔。