Введение
Изолирующая бетонная форма, или форма для изолированного бетона (ICF) – это система опалубки для железобетона, как правило, изготовленная из жесткого теплоизоляционного материала, который остается на месте в качестве постоянной внутренней и внешней основы для стен, полов и крыш. Формы представляют собой сборные модульные элементы, которые укладываются всухую (без использования раствора) и заполняются бетоном. Элементы соединяются между собой подобно конструктору Lego, создавая форму для несущих стен или полов здания. Строительство с применением ICF стало широко распространенным как в малоэтажном коммерческом строительстве, так и в строительстве энергоэффективных жилых домов, в связи с принятием более строгих норм энергосбережения и требований к устойчивости зданий к природным катаклизмам.
Insulating concrete form or insulated concrete form (ICF) is a system of formwork for reinforced concrete usually made with a rigid thermal insulation that stays in place as a permanent interior and exterior substrate for walls, floors, and roofs. The forms are interlocking modular units that are dry stacked (without mortar) and filled with concrete. The units lock together somewhat like Lego bricks and create a form for the structural walls or floors of a building. ICF construction has become commonplace for both low rise commercial and high performance residential construction as more stringent energy efficiency and natural disaster resistant building codes are adopted.
Разработка
Первые формы для стен из пенополистирольных блоков ICF были разработаны в конце 1960-х годов после истечения срока действия первоначального патента и с появлением современных вспененных пластмасс, производимых компанией BASF. В 1966 году канадский подрядчик Вернер Грегори запатентовал первую форму для заливки пенобетона, представляющую собой блок "размером 16 на 48 дюймов, с системой «шип-паз», металлическими стяжками и сердцевиной в виде вафельной сетки". Важно отметить, что примитивная форма опалубки ICF датируется 1907 годом, что подтверждается патентом под названием «строительный блок», изобретателя Л. Р. Франклина. В этом патенте описывался кирпич в форме параллелепипеда с центральной цилиндрической полостью, соединенной с верхними и нижними гранями посредством зенковки. Внедрение технологии строительства с использованием ICF неуклонно росло с 1970-х годов, хотя изначально этому препятствовали недостаточная осведомленность, строительные нормы и путаница, вызванная множеством различных производителей, предлагавших немного отличающиеся конструкции ICF вместо сосредоточения на стандартизации отрасли. В настоящее время строительство с использованием ICF включено в большинство строительных кодексов и признано в большинстве юрисдикций в развитых странах.
Категоризация
Изолирующие бетонные формы обычно классифицируются двумя способами. Организации, для которых в первую очередь важен бетон, классифицируют их по форме бетонного ядра. Организации, для которых в первую очередь важна технология изготовления форм, классифицируют их по характеристикам самих форм.
Плоская система стен
Для ICF с плоской стенкой бетон формирует плоскую стену из монолитного железобетона, аналогичную бетонной стене, возведенной с применением традиционной опалубки.
Система экрановых сетей
Для ICF с системой «Screen Grid» бетон повторяет форму металлической сетки, с горизонтальными и вертикальными каналами из армированного бетона, разделенными участками сплошного материала.
Система вафельной сетки
Для ICF-системы вафельной сетки бетон имеет форму, промежуточную между бетоном системы экранной сетки и бетоном системы плоских стен: он состоит из решетки из более толстого армированного бетона и более тонкого бетона в центральных участках, где в системе экранной сетки был бы сплошной материал ICF.
Система Post и Lintel
Для ICF систем "столб и перемычка" бетон имеет горизонтальный элемент, называемый перемычкой, только в верхней части стены (горизонтальный бетон в нижней части стены часто присутствует в виде фундамента здания или перемычки стены, расположенной ниже) и вертикальные элементы, называемые столбами, между перемычкой и поверхностью, на которой стена опирается.
Блок
Внешняя форма ICF аналогична форме бетонного блока, хотя блоки ICF часто имеют больший размер, так как изготавливаются из материала с меньшей плотностью. Зачастую края блочных ICF имеют конструкцию, обеспечивающую их взаимную блокировку, что снижает или исключает необходимость использования связующего материала между блоками.
Панель
Панельные ICF имеют плоскую прямоугольную форму, соответствующую сечению плоской стены. Обычно их высота равна высоте стены, а ширина ограничена удобством работы с материалом в больших размерах и оптимальным размером панели для возведения стен.
Планка
Планковые ICF имеют размер блочных ICF по одному параметру и панельных ICF по другому.
Сила
Изолирующие бетонные формы создают конструктивную бетонную стену – монолитную или каркасно-балочную – которая прочнее деревянных каркасных конструкций в десять раз. Конструктивная целостность обеспечивает повышенную устойчивость к природным воздействиям по сравнению с каркасными стенами. Компоненты систем ICF – как залитый бетон, так и материал, из которого изготовлены сами блоки ICF – не подвержены гниению при намокании.
Поглощение звука
Стены из ICF обладают значительно более низким уровнем звукопроницаемости. У стен стандартной толщины коэффициент звукоизоляции (STC) составляет от 46 до 72, в то время как у стандартной изоляции из стекловолокна и гипсокартона – 36. Степень звукопоглощения зависит от толщины стены, ее массы, используемых материалов и герметичности конструкции.
Огнезащита
Стены ICF могут иметь огнестойкость от четырех до шести часов и незначительные поверхностные горючие свойства. Международный строительный кодекс: 2603.5.2 требует, чтобы пластиковая пеноизоляция (например, пенополистирол, пенополиуретан) была отделена от внутренней части здания теплоизоляционным барьером (например, гипсокартоном), независимо от огнезащитного барьера, обеспечиваемого центральным бетонным слоем. Формы, изготовленные из цементно-волокнистых плит (например), полистирольных гранул (например), или с воздушным заполнением (то есть ячеистый бетон – например), обладают изначально присущей огнестойкостью.
Качество воздуха в помещениях
Поскольку стены из ICF обычно строятся без пароизоляционной плёнки, они способны регулировать уровень влажности, снижать риск образования плесени и создавать более комфортный микроклимат в помещении, сохраняя при этом высокую теплоизоляцию. Однако пенопласты могут выделять газы, что недостаточно изучено.
Чувствительность к окружающей среде
Стены из ICF могут быть изготовлены из различных переработанных материалов, что позволяет минимизировать воздействие здания на окружающую среду. Большой объем бетона, используемый в стенах из ICF, подвергался критике, так как производство бетона является значительным источником выбросов парниковых газов.
Клопы
Поскольку всё внутреннее пространство стен из ICF непрерывно заполнено (в отличие от возможных зазоров между надувной или стекловолоконной изоляцией и деревянным каркасом), они представляют большую сложность для случайного проникновения насекомых и грызунов. Кроме того, хотя пластиковые пеноформы иногда могут быть прогрызены, внутренняя бетонная стена и портландцемент в формах с цементным связующим создают гораздо более надежный барьер для насекомых и грызунов, чем стены из дерева.
Рассмотрение конструкции здания
При проектировании здания, возводимого с использованием стен из ICF, необходимо учитывать необходимость поддержки веса стен, не опирающихся непосредственно на другие стены или фундамент здания. Также следует учитывать, что несущей частью стены из ICF является бетон, который без специальной подготовки не выходит за пределы формы ни в одном направлении. В системах с сетчатой структурой и в системах с перемычками и столбами, размещение вертикальных бетонных элементов должно быть организовано таким образом (например, начиная с противоположных углов или проемов (например, дверных) и двигаясь навстречу друг другу для создания сплошной стены), чтобы обеспечить правильную передачу нагрузки от перемычки (или армопояса) на опорную поверхность стены. В Австралии продукция ICF считается горючей, так как не прошла лабораторные испытания по стандарту AS 1530.1 1994 года. Однако она получила сертификацию AS 1530.8.1 2007 года для применения в некоторых районах, подверженных риску лесных пожаров. Область ее применения ограничена малоэтажным коммерческим и жилым строительством.
Строительный процесс
Строительство с использованием ICF менее трудоемко благодаря своей модульности. Для монтажа ICF-форм можно привлекать менее квалифицированных рабочих, однако при заливке бетона необходимо тщательно следить за тем, чтобы он полностью уплотнился и равномерно затвердел без образования трещин. В отличие от традиционной конструкции с деревянными балками, для проемов, дверей, окон или инженерных коммуникаций не требуется дополнительная несущая поддержка, кроме временных подмостей, хотя изменение конструкции после затвердевания бетона потребует специального оборудования для резки бетона.
Пол и фундамент
Стены ICF обычно устанавливаются на монолитную плиту с встроенными арматурными стержнями, соединяющими стены с фундаментом. Настилы ICF становятся все более популярным дополнением к стандартному строительству стен из ICF. Настилы ICF весят до 40% меньше, чем стандартные бетонные полы, и обеспечивают превосходную теплоизоляцию. Настилы ICF также могут быть спроектированы совместно со стенами ICF для создания единой монолитной конструкции, соединенной арматурой. Плоские крыши ICF популярны в регионах, подверженных штормам, однако сложнее строить крыши сложной формы, а бетон можно заливать только до определенной точки на наклонных поверхностях, обычно при максимальном уклоне 7:12.
Стены
Стены ICF возводятся рядами, как правило, начиная с углов и продвигаясь к середине стены. Торцевые блоки затем подрезаются по размеру, чтобы минимизировать отходы материала. По мере возведения стен блоки укладываются вразбежку, чтобы избежать длинных вертикальных швов, которые могут ослабить полистирольную опалубку. Вокруг проемов устанавливаются структурные рамы, известные как "откосы", для придания дополнительной прочности проемам и обеспечения точек крепления для окон и дверей. Внутренняя и внешняя отделка и фасады крепятся непосредственно к поверхности ICF или к концам связей, в зависимости от типа ICF. Для кирпичных и каменных фасадов требуется расширенный выступ или угловой профиль на уровне первого этажа, но в остальном никаких модификаций не требуется. Внутренние поверхности стен ICF из полистирола должны быть покрыты гипсокартоном или другими отделочными материалами. В течение первых месяцев после строительства могут наблюдаться незначительные проблемы с влажностью внутри помещения в процессе твердения бетона, что может повредить гипсокартон. Осушение можно осуществить с помощью небольших бытовых осушителей или системы кондиционирования воздуха здания. В зависимости от опыта подрядчика и качества его работы, неправильно установленная внешняя пеноизоляция может стать легким доступом для грунтовых вод и насекомых. Для предотвращения этих проблем некоторые производители выпускают пеноблоки, обработанные инсектицидами, и рекомендуют устанавливать дренажную мембрану и другие методы гидроизоляции. Для отвода воды устанавливаются дренажные трубы.
Трубопроводные и электрические
Трубопроводы и электропроводки могут быть уложены внутри опалубки и залиты бетоном, однако усадка может привести к повреждению труб, что повлечет за собой дорогостоящий ремонт. По этой причине водопроводные и электрические трубы, а также кабели обычно встраиваются непосредственно в пенополистирол до нанесения облицовки стен. Для создания проемов в пенополистироле для прокладки труб и кабелей обычно используют горячий нож или электропилу. Электрические кабели в ICF вводятся с помощью специального инструмента для прокладки кабелей (Cable Punch). ICF, изготовленные из других материалов, обычно разрезаются или фрезеруются простыми столярными инструментами. Для аналогичного использования с автоклавным газобетоном существуют модификации простых столярных инструментов, подходящие для опалубки из цементостружечных плит.
Стоимость
Первоначальная стоимость использования ICF вместо традиционных методов строительства чувствительна к ценам на материалы и рабочую силу, однако строительство с использованием ICF может увеличить общую стоимость покупки на 3–5% по сравнению со строительством с деревянным каркасом. В большинстве случаев строительство из ICF обходится примерно на 40% дешевле, чем традиционное (подвальное) строительство, благодаря экономии на рабочей силе за счет объединения нескольких этапов в один. Над уровнем земли строительство из ICF обычно дороже, но при наличии больших проемов оно становится очень экономичным. Большие проемы в традиционном строительстве требуют массивных перемычек и опорных столбов, в то время как при строительстве из ICF стоимость снижается, поскольку требуется только арматурная сталь непосредственно вокруг проема. Использование ICF позволяет устанавливать отопительные и охлаждающие системы на 60% меньшей мощности для обслуживания той же площади, что может снизить стоимость готового дома примерно на 0,75 доллара за квадратный фут. Таким образом, дополнительная стоимость может варьироваться от 0,25 до 3,25 доллара. В некоторых регионах дома, построенные из ICF, могут претендовать на налоговые льготы, что дополнительно снижает затраты. Здания из ICF оказываются более экономичными в долгосрочной перспективе, поскольку для отопления и охлаждения помещения аналогичного размера требуется меньше энергии по сравнению с другими распространенными методами строительства. Кроме того, страховые взносы могут быть значительно ниже, поскольку дома из ICF гораздо менее восприимчивы к повреждениям от землетрясений, наводнений, ураганов, пожаров и других стихийных бедствий. Затраты на техническое обслуживание и ремонт также снижаются, поскольку в зданиях из ICF отсутствует древесина, которая может гнить со временем или повреждаться насекомыми и грызунами.
Преимущества
В районах, подверженных сейсмической активности и ураганам, строительство с использованием ICF обеспечивает прочность, ударопрочность, долговечность, отличную звукоизоляцию и герметичность. ICF идеально подходят для умеренного и смешанного климата с существенными суточными колебаниями температуры, а также для зданий, спроектированных с учетом использования теплоаккумулирующих свойств. Показатель теплоизоляции R (R-value) ICF варьируется от R 12 до R 28, что является хорошим показателем для стен. Экономия энергии по сравнению с каркасными стенами составляет от 50% до 70%.
Недостатки
В Соединенном Королевстве здания, построенные с использованием ICF, могут не подходить для домовладельцев, желающих высвободить капитал за счет использования кредита под залог недвижимости.