Изоляционная бетонная форма или изолированная бетонная форма (ICF) — это система опалубки для железобетона, обычно изготавливаемая с жесткой теплоизоляцией , которая остается на месте в качестве постоянной внутренней и внешней подложки для стен, полов и крыш. Формы представляют собой взаимосвязанные модульные блоки, которые укладываются всухую (без раствора ) и заполняются бетоном . Блоки скрепляются между собой как кирпичики Lego и создают форму для структурных стен или полов здания. Строительство ICF стало обычным явлением как для малоэтажного коммерческого, так и для высокопроизводительного жилого строительства, поскольку принимаются более строгие строительные нормы энергоэффективности и устойчивости к стихийным бедствиям .
Первые опалубки ICF для стен из вспененного полистирола были разработаны в конце 1960-х годов с истечением срока действия первоначального патента и появлением современных пенопластов компанией BASF. Канадский подрядчик Вернер Грегори подал первый патент на опалубку из пенобетона в 1966 году с блоком «размером 16 дюймов в высоту на 48 дюймов в длину с замком «гребень-паз», металлическими стяжками и вафельно-сетчатым сердечником». [1] Справедливо отметить, что изначальная форма опалубки ICF восходит к 1907 году, о чем свидетельствует патент под названием «строительный блок» изобретателя Л. Р. Франклина. В этом патенте заявлен кирпич в форме параллелепипеда, имеющий центральную цилиндрическую полость, соединенную с верхней и нижней гранями зенковкой. [2]
Принятие строительства ICF неуклонно росло с 1970-х годов, хотя изначально этому препятствовали недостаточная осведомленность, строительные нормы и путаница, вызванная тем, что многие производители продавали немного отличающиеся конструкции ICF, вместо того чтобы сосредоточиться на отраслевой стандартизации . Строительство ICF теперь является частью большинства строительных норм и принято в большинстве юрисдикций в развитых странах.
Теплоизоляционные бетонные формы изготавливаются из любого из следующих материалов:
Арматурные стержни ( арматура ) обычно помещаются внутрь форм перед заливкой бетона, чтобы придать бетону прочность на изгиб , как у мостов и высотных зданий из железобетона. Как и другие бетонные опалубки, формы заполняются бетоном «подъемами» высотой от 1 до 4 футов, чтобы управлять давлением бетона и снизить риск прорывов.
После затвердевания бетона формы остаются на месте навсегда, обеспечивая ряд преимуществ в зависимости от используемых материалов:
Изоляционные бетонные формы обычно классифицируются двумя способами. Организации, чья главная забота связана с бетоном, классифицируют их сначала по форме бетона внутри формы. [4] [5] Организации, чья главная забота связана с изготовлением форм, классифицируют их сначала по характеристикам самих форм. [6]
В системах ICF с плоскими стенами бетон имеет форму плоской стены из сплошного железобетона, похожую на форму бетонной стены, возведенной с использованием съемных опалубок.
В системах экранной решетки ICF бетон имеет форму металла в экране с горизонтальными и вертикальными каналами из армированного бетона, разделенными областями из сплошного материала опалубки.
Для систем ICF с вафельной решеткой бетон имеет форму гибрида между бетоном систем Screen Grid и Flat Wall, с сеткой из более толстого армированного бетона и более тонким бетоном в центральных областях, где в системах Screen Grid использовался бы сплошной материал ICF.
Для стоечно-перемычных систем ICF бетон имеет горизонтальный элемент, называемый перемычкой , только в верхней части стены (горизонтальный бетон в нижней части стены часто присутствует в виде подножия здания или перемычки стены ниже) и вертикальные элементы, называемые стойками, между перемычкой и поверхностью, на которую опирается стена.
Внешняя форма ICF похожа на форму блока бетонной кладки , хотя блоки ICF часто больше по размеру, поскольку они сделаны из материала с более низким удельным весом. Очень часто края блоков ICF сделаны так, чтобы зацепляться, что уменьшает или устраняет необходимость использования связующего материала между блоками.
Панельные ICF имеют плоскую прямоугольную форму сечения плоской стены, часто они имеют высоту стены и ширину, ограниченную удобством обработки материала при больших размерах и общей пригодностью размера панели для возведения стен.
Планочные ICF имеют размер блочных ICF в одном измерении и панельных ICF в другом измерении.
Стены ICF имеют гораздо более низкие показатели акустической передачи . Стены ICF стандартной толщины показали коэффициенты звукопередачи (STC) от 46 до 72 по сравнению с 36 для стандартной стекловолоконной изоляции и гипсокартона. Уровень достигаемого затухания звука является функцией толщины стены, массы, материалов компонентов и герметичности.
Стены ICF могут иметь четырех-шестичасовую огнестойкость и незначительные свойства поверхностного горения. Международный строительный кодекс: 2603.5.2 [8] требует, чтобы пенопластовая изоляция (например, пенополистирол, полиуретановая пена) была отделена от внутренней части здания тепловым барьером (например, гипсокартоном ), независимо от противопожарного барьера, обеспечиваемого центральным бетоном. Формы, изготовленные из цементно-связанных древесных волокон (например, [9] ), полистирольных шариков (например , [10] [11] ) или воздуха (например, ячеистый бетон – например, [12] ), имеют огнестойкость изначально.
Поскольку они, как правило, строятся без листового пластикового пароизолятора, стены ICF могут регулировать уровень влажности, снижать вероятность появления плесени и способствовать более комфортному интерьеру, сохраняя при этом высокие тепловые характеристики. Однако пены могут выделять газы , что недостаточно изучено.
Стены ICF могут быть изготовлены из различных переработанных материалов, что может минимизировать воздействие здания на окружающую среду. Большой объем бетона, используемый в стенах ICF, подвергался критике, поскольку производство бетона является большим источником выбросов парниковых газов. [13]
Поскольку все внутреннее пространство стен ICF постоянно занято (нет зазоров, которые могут возникнуть между вдувной или стекловолоконной изоляцией и деревянной каркасной стеной), они представляют большую трудность для случайного перемещения насекомых и вредителей. Кроме того, хотя пластиковые пенопластовые формы иногда могут быть проложены через туннели, внутренняя бетонная стена и портландцемент цементно-связанного типа форм создают гораздо более сложный барьер для насекомых и вредителей, чем стены из дерева.
При проектировании здания, которое будет построено с использованием стен ICF, необходимо учитывать поддержку веса любых стен, не опирающихся непосредственно на другие стены или фундамент здания. Также необходимо учитывать понимание того, что несущей частью стены ICF является бетон, который без специальной подготовки не простирается ни в каком направлении до края формы. Для систем с решеткой и стоечно-перемычными системами размещение вертикальных элементов бетона должно быть организовано таким образом (например, начиная с противоположных углов или разрывов (например, дверных проемов) и работая до встречи в сплошной стене), чтобы правильно передавать нагрузку от перемычки (или связующей балки) на поверхность, поддерживающую стену.
В Австралии продукция ICF считается горючей, поскольку она не прошла лабораторные испытания AS 1530.1-1994. Тем не менее, она получила аккредитацию AS 1530.8.1-2007 для использования в некоторых районах, подверженных лесным пожарам. Их применение ограничено малоэтажными коммерческими и жилыми зданиями. [ необходима цитата ]
Строительство ICF менее требовательно из-за своей модульности . Менее квалифицированный труд может быть использован для укладки форм ICF, хотя необходимо тщательно продумать заливку бетона, чтобы убедиться, что он полностью затвердел и затвердел равномерно без трещин. В отличие от традиционного строительства деревянных балок, не требуется никакой дополнительной структурной поддержки, кроме временных лесов для проемов, дверей, окон или коммуникаций, хотя изменение конструкции после затвердевания бетона требует специальных инструментов для резки бетона.
Стены из несущих конструкций традиционно возводятся на монолитной плите с закладными арматурными дюбелями, соединяющими стены с фундаментом.
Настил ICF становится все более популярным дополнением к общему строительству стен ICF. Настил ICF весит на 40% меньше, чем стандартный бетонный пол, и обеспечивает превосходную изоляцию. Настил ICF также может быть спроектирован совместно со стенами ICF для формирования непрерывной монолитной конструкции, соединенной арматурой. Крыши с настилом ICF популярны в штормовых зонах, [14] но сложнее строить сложные формы крыш, а бетон можно заливать только до определенной точки на наклонных поверхностях, часто с максимальным уклоном 7:12. [15]
Стены ICF строятся по одному ряду за раз, обычно начиная с углов и продвигаясь к середине стен. Затем торцевые блоки обрезаются по размеру, чтобы тратить как можно меньше материала. По мере того, как стена поднимается, блоки располагаются в шахматном порядке, чтобы избежать длинных вертикальных швов, которые могут ослабить опалубку из полистирола. [16] Каркасы конструкций, известные как стойки, размещаются вокруг проемов, чтобы придать им дополнительную прочность и служить точками крепления для окон и дверей.
Внутренняя и внешняя отделка и фасады крепятся непосредственно к поверхности ICF или концам стяжек, в зависимости от типа ICF. Кирпичные и каменные фасады требуют расширенного угла карниза или полки на уровне основного пола, но в остальном никаких изменений не требуется. Внутренние поверхности стен из полистирола ICF должны быть покрыты гипсокартонными панелями или другими настенными покрытиями. [17] В течение первых месяцев сразу после строительства могут быть очевидны незначительные проблемы с влажностью внутри, поскольку бетон затвердевает, что может повредить гипсокартон. Осушение можно осуществить с помощью небольших бытовых осушителей или с помощью системы кондиционирования воздуха здания.
В зависимости от опыта подрядчика и качества его работы, неправильно установленная внешняя пенная изоляция может быть легкодоступна для грунтовых вод и насекомых. Чтобы помочь предотвратить эти проблемы, некоторые производители изготавливают обработанные инсектицидом пенные блоки и пропагандируют установку дренажной пленки и других методов гидроизоляции. Дренажные плитки устанавливаются для устранения воды.
Сантехника и электропроводка могут быть помещены внутрь форм и залиты на место, хотя проблемы с усадкой могут привести к разрыву труб, что приведет к дорогостоящему ремонту. По этой причине сантехника и электропроводка, а также электрические кабели обычно встраиваются непосредственно в пену до нанесения настенных покрытий. Горячий нож или электрическая цепная пила обычно используются для создания отверстий в пене для прокладки труб и кабелей. Электрические кабели вставляются в ICF с помощью кабельного перфоратора. [18] в то время как ICF, изготовленные из других материалов, обычно режут или прокладывают с помощью простых столярных инструментов. Версии простых столярных инструментов, подходящих для форм на цементной основе, изготавливаются для аналогичного использования с автоклавным ячеистым бетоном .
Первоначальная стоимость использования ICF вместо традиционных методов строительства чувствительна к цене материалов и рабочей силы, но строительство с использованием ICF может добавить от 3 до 5 процентов к общей цене покупки по сравнению со строительством с использованием деревянного каркаса. [19] В большинстве случаев строительство ICF будет стоить примерно на 40% меньше, чем обычное (подвальное) строительство из-за экономии рабочей силы за счет объединения нескольких этапов в один. Выше уровня земли строительство ICF обычно обходится дороже, но при добавлении больших проемов строительство ICF становится очень экономически эффективным. Большие проемы в традиционном строительстве требуют больших перемычек и опорных столбов, тогда как строительство ICF снижает стоимость, поскольку требуется только арматурная сталь непосредственно вокруг проема.
Строительство ICF может позволить использовать на 60% меньшие отопительные и охлаждающие устройства для обслуживания той же площади пола, что может сократить стоимость конечного дома примерно на 0,75 долл. США за квадратный фут. Таким образом, предполагаемая чистая дополнительная стоимость может составить от 0,25 до 3,25 долл. США. [20] [21] Дома ICF также могут претендовать на налоговые льготы в некоторых юрисдикциях ((cn)), что еще больше снижает расходы.
Здания ICF становятся менее дорогими с течением времени, поскольку они требуют меньше энергии для обогрева и охлаждения того же размера пространства по сравнению с другими распространенными методами строительства. Кроме того, расходы на страхование могут быть намного ниже, поскольку дома ICF гораздо менее подвержены повреждениям от землетрясений, наводнений, ураганов, пожаров и других стихийных бедствий. Расходы на техническое обслуживание и содержание также уменьшаются, поскольку здания ICF не содержат древесины, которая может гнить со временем или подвергаться атакам насекомых и грызунов. [22]
В сейсмических и ураганных районах строительство ICF обеспечивает прочность, ударопрочность, долговечность, отличную звукоизоляцию и герметичность. Строительство ICF идеально подходит для умеренного и смешанного климата со значительными ежедневными колебаниями температуры, в зданиях, спроектированных с учетом стратегий тепловой массы . [23]
Значение R-Value ( R-value ) для ICF варьируется от R-12 до R-28, что может быть хорошим значением R-value для стен. [24] Экономия энергии по сравнению с каркасными стенами составляет от 50% до 70%. [25] [26]
В Соединенном Королевстве здания, построенные с использованием ICF, могут оказаться неподходящими для домовладельцев, желающих высвободить капитал с помощью выпуска акционерного капитала . [27]