Study on the properties of self-compacting lightweight concrete for concrete placement using unmanned aerial vehicle

Abstract

This research is divided into three parts. The first part focuses on the development of Self-Compacting Lightweight Concrete (SCLC) mix proportions, aiming to meet the EFNARC (2002) standards and achieve compressive strength exceeding 18 MPa, suitable for drone-based pouring. The experimental results revealed that using 400 kg/m³ of cement combined with a high-range water reducer at 8% by weight of the binder provided optimal filling ability, passing ability, segregation resistance and compressive strength. The second part of the study on drone flight efficiency found that increasing the payload and flight duration resulted in higher energy consumption. However, the payload did not affect flight time and speed as long as it stayed within the drone's lifting capacity; pilot skill was key. Additionally, wind force in real-world concrete pouring caused more dispersion, requiring a support point to reduce waste. Subsequently, drone pouring effectively filled voids and compressive and flexural strengths similar to conventional methods. The third part applied drone concrete pouring in real conditions. Drone pouring improved accessibility and reduced labor, but payload limits increased time and energy use. Larger or more drones could enhance efficiency.

งานวิจัยนี้แบ่งออกเป็น 3 ส่วนหลักคือ ส่วนแรกการพัฒนาสัดส่วนผสมคอนกรีตมวลเบาไหลอัดแน่นด้วยตัวเอง โดยมุ่งพัฒนาสัดส่วนผสมคอนกรีตให้ผ่านเกณฑ์มาตรฐาน EFNARC (2002) และมีกำลังรับแรงอัดมากกว่า 18 MPa เพื่อความเหมาะสมสำหรับการเทคอนกรีตด้วยโดรน ผลการทดลองพบว่าปูนซีเมนต์ 400 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร และสารลดน้ำปริมาณสูง 8% โดยน้ำหนักวัสดุเชื่อมประสาน มีคุณสมบัติเหมาะสมด้านไหลแผ่ การไหลผ่านสิ่งกีดขวาง ความต้านทานการแยกตัว และกำลังรับแรงอัดที่เหมาะสม ส่วนที่สองศึกษาเกี่ยวกับประสิทธิภาพการบินของโดรนพบว่า การเพิ่มน้ำหนักบรรทุกและเวลาการบินที่นานขึ้นทำให้การใช้พลังงานไฟฟ้าเพิ่มขึ้น แต่น้ำหนักบรรทุกไม่มีผลกระทบต่อเวลาการบินและความเร็วของโดรนหากน้ำหนักบรรทุกไม่เกินขีดจำกัดการยกของโดรน ทั้งนี้ปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อประสิทธิภาพการบินขึ้นอยู่กับนักบิน นอกจากนี้การเทคอนกรีตในสนามจริงพบว่า แรงลมทำให้คอนกรีตกระจายตัวมากกว่าการทดสอบในห้องปฏิบัติการ จึงต้องมีจุดรองรับเพื่อลดการสูญเสียวัสดุ ผลการเทด้วยโดรนพบว่า คอนกรีตไหลเข้าแบบได้ดี และมีกำลังรับแรงใกล้เคียงกับการเทแบบปกติส่วนที่สามนำผลการวิจัยไปประยุกต์ใช้กับงานเทคอนกรีตด้วยโดรนของบ้านชั้นเดียว พบว่าการเทคอนกรีตด้วยโดรนช่วยลดปัญหาการเข้าถึงพื้นที่และจำนวนแรงงาน แต่ข้อจำกัดน้ำหนักบรรทุกของโดรนทำให้ต้องใช้เวลาและพลังงานไฟฟ้ามากขึ้น เพื่อแก้ไขปัญหานี้ต้องเพิ่มขนาดหรือจำนวนโดรนช่วยลดเวลาทำงานได้