سیستم قالب های عایق ماندگار (ICF)

معرفی سیستم ICF

سیستم ICF مخفف عبارت Insulating Concrete Formwork می‌ باشد که یک نوع سیستم ساخت و ساز مرکب از بتن مسلح و پنل‌های پلی استایرن EPS است که در آن بتن مسلح به عنوان عضو باربر و پنل‌های پلی استایرن به عنوان قالب بتن و عایق حرارتی و صوتی عمل می‌کنند. این نوع سیستم در دهه ۱۹۵۰-۱۹۶۰ در آلمان ابداع گشت و با سرعتی چشمگیر در آمریکای شمالی به عنوان یک ساختار پایه‌ای پیشرفت کرد. این نوع سیستم با روش‌های متفاوت و مختلفی طراحی و ساخته می‌شود که همگی شامل دو لایه فوم عایق که معمولاً از جنس EPS است، با فواصل متفاوت به موازات هم قرار می‌گیرند و پس از بتن ریزی به قسمتی از دیوار تبدیل می‌گردند که این دو لایه بوسیله عناصر مسلح‌کننده که در بین این دو لایه نصب می‌شوند، به یکدیگر متصل می‌گردند. قطعات اتصال دهنده اغلب از جنس پلاستیک یا تسمه‌هایی از ورق گالوانیزه هستند. عمدتاً قالب‌ها از جنس پلی استایرن منبسط شده می‌باشند اما از مصالح دیگری از جمله کامپوزیت پلی استایرن، سیمان یا فوم پلی یورتان نیز استفاده می‌شود. این قالب‌ها از نظر ابعاد، شکل هندسی سوراخ‌ها و نوع اجزای تشکیل دهنده با هم متفاوت هستند.

نیاز مبرم به ساده سازی صنعت ساختمان در دهه های اخیر به دلیل کمبود نیروی ماهر در بازار کار و هم چنین دیگر مزایای سیستم ICF در مقایسه با سیستم های سنتی که در ادامه به آن ها می پردازیم، سبب آن گردیده که برای این صنعت آینده درخشانی را متصور شویم. سیستم ICF در دهه گذشته در سکوت رشد کرده است تا از نظر رشد به یکی از سریع ترین سیستم های ساخت درآمریکای شمالی تبدیل شود. به گزارش ICFA، در سال ۱۹۹۶ مساحت کار شده با ICF در آمریکای شمالی ۱۷،۴۰۰،۰۰۰ فوت مربع بوده است که این مقدار با ۶ برابر شدن در سال ۲۰۰۶ به عدد ۱۰۴،۰۰۰،۰۰۰ رسیده است.

با توجه به تنها تفاوت کلی ICF به سایر روش های اجرایی دیوار برشی که استفاده از دولایه عایق پلی استایرن می باشد، اکنون این سازه ها در کلیه کاربردها اعم از تجاری، مسکونی و اداری امکان پذیر است. هر چند در ابتدا از این سیستم به عنوان دیوار فونداسیون که برای نگهداری چاله پر شده، استفاده می شد؛ اما با مرور زمان محدودیت ها برداشته و از ICF در طبقات بالاتر استفاده شد. در ابتدا از ICF فقط در ساختمان های ۱ یا ۲ طبقه استفاده می شده است، اما در حال حاضر بیش از ۲۰ ساختمان ۱۰ تا ۲۵ طبقه با ICF ساخته شده است. در ایران حداکثر ارتفاع مجاز در این سیستم (بدون ستون) بنابر آیین نامه و استاندارد ۲۸۰۰، ۱۶ طبقه یا ۵۰ متر می باشد.

انواع ICF:

انواع ICF (از نظر شکل هسته بتنی داخل قالب):

• صاف

• شبکه ای شامل حفره دار و بدون حفره

• Post-and-beam

استفاده از نوع صاف رایج تر است.

انواع ICF (از نظر شکل شکل و ابعاد کلی):

• بلوکی: ابعاد کوچکتری نسبت به انواع دیگر دارند، میلگرد گذاری به طور کامل در محل اجرا صورت می پذیرد. امکان بتن ریزی در چند مرحله ارتفاعی وجود دارد؛ در صورتی که در قالب های پانلی، محدودیت ارتفاع بتن ریزی می تواند باعث بروز مشکل و نیاز به استفاده از فوق روان کننده ها شود.

• نواری: معمولا به صورت دو تخته جداگانه به محل پروژه حمل شده و به وسیله اتصالات پلاستیکی به هم متصل می شوند. امروزه انواع بلوکی و پانلی کاربرد بیشتری نسبت به نواری دارند.

• پانلی: معمولا دارای رابط های فلزی بوده و مقداری از میلگرد گذاری داخل دیوار (افقی یا قائم) در محل کارخانه داخل قالب ها منظور شده که باعث کاهش عملیات میلگرد گذاری حین اجرا می شود.

انواع ICF (از نظر افقی و عمودی):

• قالب های افقی شامل: دیواری ثابت و دیواری متغیر

دیواری ثابت: رابط با قالب های دو طرف در کارخانه ثابت کار گذاشته می شود.

دیواری متغیر: دیوارها و رابط، جدا تحویل داده می شوند که باعث راحتی حمل و نقل و آرماتور گذاری می شود.

• قالب های ایستاده

مقایسه کلی سیستم ICF با سازه بتن آرمه سنتی، فولادی و بنایی:

مقایسه کلی سیستم ICF با سازه بتن آرمه سنتی، فولادی:

• قابل ارتقا با هزینه های اضافی

• حداقل ۵۰ درصد صرفه جویی در مصرف انرژی

• حداقل ۶۷ درصد کاهش صدای منتقل شده

• N/A مقدار دقیقی در دسترس نیست

مزایا و خصایص سیستم ICF:

• یکپارچگی و عدم وجود نقاط تمرکز تنش

• مقاومت

• سرعت اجرا

• عمل آوری مناسب بتن

• امکان ساخت در شرایط آب و هوایی نامناسب

• عایق حرارتی و R-value بالا

• عدم گسترش آتش سوزی

• عایق صدا

• ممانعت در برابر رشد قارچ ها، نفوذ حشرات موذی و میکرواورگانیسم ها

• نیاز کمتر به مصالح و تجهیزات هم چنین پیمانکار جز

• سهولت نصب تاسیسات

• سازگاری با مصالح دیگر و نازک کاری آسان

• تشویق و حمایت مراجع فنی و دارای آیین نامه طراحی

• توجیه اقتصادی

• سازگار با محیط زیست و قابلیت بازیافت

• پدافند غیرعامل

• انعطاف پذیر در طرح های مختلف معماری

• امکان استفاده در انواع کاربری ها مثل استخر

یکپارچگی:

• رفتار یکپارچه اعضا در برابر نیروهای باد، زلزله و سیل های شدید.

• نیروهای عظیم وارد بر چشمه های اتصال بر سطح بزرگتری اعمال می شود.

• جلوگیری از تمرکز تنش.

• عدم نیاز به اتصالات سنگین.

• عدم نیاز به نیروی ماهر جهت اجرای اتصالات.

مقاومت:

• ۲۴ برابر سخت تر از سازه فولادی.

• اولین آسیب در بار با بزرگی بیش از ۲ برابر.

• آسیب اولیه ۹۰ درصد کوچکتر.

• مقاومت در برابر نیروی جانبی ۱۰ برابر.

• جابه جایی ۳ برابر در زمان شکست (شکست نرم).

• مقاوم در برابر شرایط آب وهوایی نامناسب مثل طوفان و سیل.

• مقاوم در برابر بلایای طبیعی مثل زلزله.

• دیوار ICF مسلح می تواند برای بادهای با سرعت بیشتر از ۳۵۰mph طراحی شود.

• ICF در طول زمان پوسیده نمی شود.

عکس زیر مقاومت خانه ساحلی ساخته شده با استفاده از ICF در برابر طوفان مایکل در مکزیک که باعث تخریب کامل ۵۴ درصد ساختمان های منطقه و آسیب شدید به ۲۳ درصد باقی شد.

سرعت اجرا: استفاده از مصالح پیش ساخته، عدم نیاز به دیوار چینی، عدم نیاز به عایق کاری و درزگیری در و پنجره باعث سرعت ساخت بیشتر شده و سرعت بالای ساخت باعث بازگشت زودتر سرمایه برای سازنده و بهره برداری سریع برای مالک می شود.

بتن ریزی و عمل آوری بتن:

• فضای مناسب جهت هیدراتاسیون سیمان

• کاهش نیاز به آبیاری بتن به دلیل کاهش تبخیر آب

• امکان بتن ریزی در شرایط آب و هوایی بد

• کاهش زمان سخت شدن بتن

• مقاومت ۲۸ روزه بیشتر

• دوام بیشتر بتن به دلیل قرار نگرفتن در معرض هوا

امکان ساخت در شرایط آب و هوایی نامناسب:

به دلیل وجود دو لایه عایق در دو طرف بتن، بتن ریزی و نصب بلوک های ICF در تمام ۱۲ ماه سال و در هر منطقه آب و هوایی می تواند انجام شود.

مقاومت حرارتی:

R-value شاخصی است برای مقاومت اجسام در برابر رسانایی گرمایی. هر چه این مقدار بزرگتر باشد، مقاومت در برابر رسانایی گرمایی بیشتر است. الزامات آیین نامه ای کشورهای توسعه یافته در سخت ترین شرایط، حداقل R-value لازم برای ساختمان را R-19 می دانند در حالی که نوع معمولی ICF به راحتی شاخص R-22 را فراهم می کند.

 عکس زیر از یک خانه ساخته شده با سیستم ICF است. توجه داشته باشد که تنها نقاط گرم (نارنجی و قرمز) مربوط به چراغ های سردر خانه است.

عکس زیر نیز از خانه ای است که با استفاده از سیستم سنتی ساخته شده است. توجه شود که طیف رنگ های نارنجی اتلاف گرما را در سرتاسر قسمت جلویی خانه نشان می دهد.

عدم گسترش آتش سوزی:

در همه ی انواع سازه ملزم به استفاده از مصالح ضد حریق هستیم. هم چنین اقداماتی برای جلوگیری از گسترش شعله  ها و دود ضروری است. الزامات لازم جهت مقاوم کردن سازهICF در برابر آتش سوزی قابل اجرا و راحت است. همه ی سازنده ها در به کارگیری مواد جهت ساخت بلوک  های ICF به این موضوع توجه می¬کنند. بتن موجود در هسته ی دیوار در برابر آتش مقاوم است. لایه فوم پلی استایرن با تراکم بالا ساخته شده که آتش سوزی را گسترش نمی دهد و غلظت دود آن از حداقل آیین نامه تجاوز نمی کند.

شکل زیر تصویری از آتش سوزی در شهر سن دیگو در ایالت کالیفرنیای آمریکاست که باعث تخریب حدود ۲۰۰۰ خانه در منطقه شد. فقط ۳ خانه سالم ماند که هر ۳ با استفاده از ICF ساخته شده بودند.

عایق صدا:

به دلیل وجود دو لایه فوم پلی استایرن در اطراف هسته بتنی، سازه ICF قادر به جذب بسیار عالی صدا میباشد.STC (sound transmission class) شاخصی است برای مشخص کردن اینکه دیوار تا چه حد قادر به جذب صداست. ضریب STC دیوارهای ICF بین ۴۶ تا ۷۲ گزارش شده است در حالی که ضریب STC 39 به عایق فایبرگلاس نسبت داده شده است.

 ممانعت در برابر رشد قارچ ها و موجودات موذی:

• هسته بتنی مانع نفوذ حشرات و میکرو اورگانیزم ها می شود.

• فوم پلی استایرن بدون مواد آلی و فاقد ارزش غذایی برای میکرو اورگانیسم  ها و قارچ است.

• قالب ها با در معرض آب (سیل) قرار گرفتن پوسیده نمی شوند.

• عدم پوسیدگی با گذشت زمان.

نیاز کمتر به مصالح و پیمانکار جز:

• عدم نیاز به مصالح مربوط به عایق کاری، درزگیری و …

• ICF ذاتا به مصالح کمتری از سیستم های سنتی نیاز دارد، این در حالی است که مصالح بیشتر یعنی احتمال به کارگیری ناصحیح و بازدهی کمتر.

• استفاده از مصالح کمتر یعنی هزینه کمتر.

• به دلیل سادگی ساخت و عدم نیاز به عایق بندی، دیوار چینی و … نیاز به پیمانکاران جز کمتری هست.

• همچنین پیش ساختگی ICF باعث کاستن نیاز به نیروی کار می شود.

• به جز پمپ بتن ریزی، به تجهیزات و ماشین آلات سنگین دیگری نیست.

• مصالح و نیروی کار کمتر منجر به محیط کارگاهی خلوت تر می شود.

سهولت نصب تاسیسات:

• وجود دو لایه ۵ سانتی متری فوم فضای مناسبی جهت کارگذاشتن تاسیسات فراهم می کند.

• حفظ تاسیسات توسط لایه پلی استایرن سبب آسیب کمتر به تاسیسات و اجزای غیرسازه ای و در نتیجه کاهش هزینه تعمیرات می شود.

• ICF عایق بسیار خوبی در برابر حرارت است که این موضوع باعث نیاز به تجهیزات گرمایشی و سرمایشی سبک تر و در نتیجه کاهش هزینه های نصب و نگه داری آن ها می شود.

سازگاری با مصالح دیگر و نازک کاری آسان:

فوم پلی استایرن تقریبا با همه ی انواع مصالح مورد استفاده در نازک کاری مانند الیاف آکریلیک، اندود سیمانی، آجر، سنگ، کاشی، گچ و drywall سازگار است. به دلیل آیین نامه های مرتبط با مقاوم سازی ICF در برابر آتش، معمولا از گچ برای سطح داخلی ICF استفاده می شود.

تشویق و حمایت مراکز ذیصلاح:

• سازه‌ی ICF نه تنها مورد تائید تمامی مراکز ذیصلاح در صنعت ساختمان ایران، بلکه مورد تشویق و حمایت ایشان است.

• مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن در نشریات متعددی این روش را مورد بررسی قرار داده و اختصاصاً با انتشار دو نشریه‌ی ۴۹۳ و ۵۷۵ به تشریح ضوابط اجرای ICF پرداخته و آن را مورد تایید می داند.

• با تخصیص وام صنعتی سازی به سازه‌ی ICF، این روش توسط وزارت راه و شهرسازی در تشویق به ساخت و ساز صنعتی مسکن مورد حمایت و تشویق قرار گرفته است.

توجیه اقتصادی:

• کاهش هزینه های مصرف انرژی در زمان بهره برداری.

• نیاز به تاسیسات گرمایشی و سرمایشی سبک تر و کاهش هزینه های مربوط به تاسیسات.

• کاهش هزینه های عایق کاری، آب بندی، درزگیری و … .

• سرعت بالای ساخت و بازگشت زودتر سرمایه.

• تعداد نیروی کار کمتر و کاهش هزینه های کارگری.

• وام و امتیازات منحصر به استفاده از این روش برای ساخت.

سازگاری با محیط زیست:

• حدود ۴۰ درصد از مواد سازنده بلوک ها را مواد بازیافتی تشکیل می دهند.

• مصرف انرژی کم در عین استفاده کمتر از مصالح نسبت به سازه های سنتی.

• کاهش مصرف سوخت های فسیلی.

• مواد استفاده شده در سازه اکثرا قابل بازیافت هستند.

• کاهش مصالح پرت شده و در نتیجه کاهش حجم نخاله های ساختمانی.

• کاهش مصرف آب در زمان عمل آوری بتن.

پدافند غیرعامل:

بنابر آزمایش انجام شده توسط نیروی نظامی آمریکا، هسته ۱۵۰ میلی متری بتن قادر است نیروی حاصل از انفجار ۵۰ پوند TNT از فاصله ۱.۸ متر را تحمل کند.

طبق آزمایش Texas A&M جهت آزمایش مقاومت در برابر اجسام پرت شده توسط طوفان های سنگین یا شلیک شده، هسته بتنی قادر به جلوگیری از نفوذ جسمی با ابعاد ۲*۴ که با توپ شلیک شده است را داشته است.

انعطاف پذیر در طرح های مختلف معماری:

امکان استفاده در انواع کاربری ها از جمله استخر:

در استخرهای معمولی، حدود ۸۰ درصد حرارت آب از کف و دیواره ها بیرون می رود که استفاده از ICF این مشکل را حل کرده و باعث کنترل راحت دمای استخر می شود. همچنین انعطاف پذیری در طرح های متفاوت، سادگی ساخت، سرعت بالا و نیاز به کارگران کمتر این سازه را برای کاربری های اینچنینی مناسب کرده است.

مراحل اجرا:

• فونداسیون

• چیدمان بلوک و آرماتور دیوارها

• جاگذاری جک¬ها

• بتن ریزی

• اجرای سقف

• نصب تاسیسات

• نازک کاری

فونداسیون:

• نوع پی قابل استفاده در سیستم ICF به نواری یا گسترده محدود می شود.

• آرماتورهای فونداسیون و انتظار باید قبل از بتن ریزی قرار داده شوند.

• سطح فونداسیون حتما با استفاده از ریسمان کشی تراز شود تا در چینش بلوک ها مشکل بوجود نیاید.

• هر گونه ناصافی، برآمدگی یا تو رفتگی در سطح فونداسیون، منجر به بروز مشکلات و هزینه اضافی برای حل آن ها می شود.

• بعد از اتمام کار فونداسیو ، لبه خارجی دیوارها و همچنین درها با استفاده از گچ (چاک لاین) مشخص شده سپس قسمت پایینی لبه خارجی با استفاده از تخته چوب، ریل آهنی یا فوم ثابت نگه داشته می شود.

چیدمان بلوک و آرماتور دیوارها:

• چفت و بست شدن کامل کام و زبانه ها نشانه قالب بندی درست است.

• چینش بلوک ها باید با توجه به محل قرار گیری بازشوها صورت پذیرد.

• بلوک ها باید به صورت زیگزاگی (آجری) روی هم قرار بگیرند.

• برای جلوگیری از پرت و هدر رفت مصالح، قسمت های اضافی بلوک ها بریده می شود. بریدن قالب ها باید در قسمت های انتهای انجام شود.

• آرماتورهای انتظار درون بلوک دیوارها قرار می گیرند.

• وجود رابط ها به استحکام قالب بندی و مهار نیروی جانبی بتن به قالب ها در هنگام بتن ریزی دیوار کمک شایان توجهی می کند. لذا دقت در جایگذاری صحیح و به تعداد لازم رابط ها بسیار مهم است.

• پس از چینش هر ردیف، آرماتورهای افقی هم روی رابط میان بلوک ها قرار داده می شود. برای جلوگیری از جابجایی، میلگردها با سیم آرماتور بندی به رابط ها بسته شود.

• آرماتورهای تقویتی افقی و عمودی اطراف بازشوها در محل مناسب قرار بگیرند.

• برای مهار قالب نعل درگاه، توصیه می شود از پرکننده مناسب مانند تخته چوب و… استفاده شود.

• در صورت استفاده از قالب های دیواری متغیر، پس از چینش قالب ها نیاز به گذاشتن رابط ها است

• ریشه آرماتورهای عمودی طبقات بعد گذاشته می شود.

جاگذاری جک ها:

• همزمان با چیدن چهارمین رج، برای حفظ ایستایی و شاغول کردن دیوارها در فاصله های منظم پشت بند قرار داده می شود.

• پس از استقرار پشت بن ها و تخته ها در ردیف پنجم، دیوار باید در محور طولی خود ریسمان کشی شده و انحراف از محور طولی با کمک پشت بندها کنترل گردد.

• در مناطق بادخیز، ممکن است پشت بندگذاری زودتر آغاز شود.

• فاصله بین پشت بندها معمولا با توجه به نیروی باد منطقه، فشار بتن هنگام بتن ریزی و همچنین طول جک ها تعیین می شود. این فاصله اغلب حدود ۱ تا ۱.۵ متر در نظر گرفته می شود.

• میله جک به دیوار تکیه داده شده و پیچ آن سفت می شود اما نه آنقدری که باعث ناصافی در دیوار یا ایجاد فشار هنگام بتن ریزی شود.

• پشت بندها با استفاده از بست های خاصی تست و تائید شده اند، بنابراین ارائه دهنده آن ها ملزم به دادن اطلاعات دقیق پیچ مورد نیاز به سازنده جهت اطمینان از عملکرد صحیح جک ها است.

• در صورت وجود دیوارهای روبه روی هم، لازم است با استفاده از لوله و اتصالات داربستی، پشت بندهای دیوارهای روبه رو را به یکدیگر مهار نمود. فاصله ۳ متری برای این مهاربندی مناسب است.

• قسمت پایینی جک  ها باید کاملا روی زمین محکم شود. برای این کار در شرایط مختلف از روش های مختلفی استفاده می شود.

• جهت راحتی کار هنگام بتن ریزی، سکوهایی روی پشت بند ها استقرار داده می شوند.

• سکوها باید به صورتی باشند که بتوانند وزن کارگران را تحمل کنند. هم چنین سکوها لازم است به اندازه کافی عریض باشند.

بتن ریزی:

• قبل از بتن ریزی مجددا ریسمانی و شاقولی دیوارها کنترل شود.

• برای عملیات بتن ریزی باید از نیروهای آموزش دیده استفاده شود.

• بتن ریزی دیوارها باید در چند لایه انجام شود.

• هرلایه به خوبی ویبره زده شود. بهتر است قطر ویبراتور دستی ۱ اینچ باشد.

• عدم ویبره زدن بتن یا ویبره ناصحیح می تواند منجر به کرمو شدن بتن، ایجاد حفرات و پیوستگی کم با میلگردها شده که در حالت شدید منجر به از دست رفتن یکپارچگی سازه می شود.

• ویبره زدن زیاد از حد می تواند باعث باد کردن دیوارها و یا ترکیدگی شود.

• گوشه ها و مناطق اطراف نعل درگاه مناطق حساسی هستند و نباید کمتر از حد نیاز ویبره بخورند.

اجرای سقف:

• انواع مختلف دال های یکطرفه و دوطرفه با سیستم ICF همخوانی دارند.

• جهت برقراری اتصال بین دال سقف و عناصر دیوار در طبقه بعدی، باید در محل اتصال آرماتورهای انتظار لازم را تعبیه نمود.

تاسیسات:

• ابتدا با ایجاد شیاری در سطح بلوک های پلی استایرن دیوارها با استفاده از وسایل مناسب و مصوب محل قرار گیری اجزای تاسیسات تعبیه می شود.

• سپس کابل های برق و لوله ها از فوم عبور داده می شوند.

• برای پوشش لوله های فاضلاب که دارای قطر زیاد است و در داخل شیارهای دیوار جای نمی گیرند باید داکت تعبیه شود.

• عبور لوله های تأسیساتی از دیوارهای بتنی با غلاف گذاری امکان پذیر است.

نازک کاری:

• برای اجرای اندودها مثل اندود گچ، به رابیتس یا دیگر انواع شبکه های فولادی که به وسیله اتصالات مطمئن به دیوار بتنی متصل شده باشد نیاز هست.

• از ترکیب مش های پلاستیکی و چسب مخصوص پلاستوفوم نیز می توان برای کاشی کاری استفاده کرد.

• نمای کامپوزیت و سمنت برد (cement board) به محل پیچ های مشخص شده در قالب پیچ می شود و سرعت اجرای پروژه را چند برابر می کند.

• نمای مینرال و بلکا بدون نیاز به توری بر روی قالب اجرا شده و سطحی محکم و رنگی را ایجاد می نماید.

• در صورت استفاده از صفحات گچی یا سیمانی باید از اتصالات تأیید شده dry wall با اندازه ها و فواصل مناسب استفاده شود.

• پروفیل های نگهدارنده سیستم dry wall باید به دیوار بتنی متصل شود. برای این کار، این اتصال یا مستقیم به دیوار بتنی یا به بال رابط هایی که در لایه های عایق پلی استایرن مدفون شده متصل می شود.

• در سطح خارجی عایق های پلی استایرن نشانه هایی دایره شکل حک شده است که محل مناسب برای پیچ ها را به راحتی نشان می دهد.