قالب خرساني عازل

قوالب الخرسانة العازلة ( ICF) هي نظام بناء يُستخدم لإنشاء جدران أو أرضيات خرسانية مُسلحة مع عزل مُدمج. تُركّب هذه القوالب جافةً (بدون مونة ) وتُملأ بالخرسانة . تتشابك الوحدات معًا، كما لو كانت مكعبات ليغو ، لتُشكّل قالبًا للخرسانة المُسلحة التي تُصبح بدورها الجدران أو الأرضيات أو الأسقف الهيكلية للمبنى. تبقى القوالب ثابتة في مكانها بعد تصلب الخرسانة، وتُوفّر سطحًا داخليًا وخارجيًا دائمًا للتشطيبات. تتوفر القوالب بأشكال وأحجام مختلفة، وتُصنع من مواد مُختلفة حسب الشركة المُصنّعة. أصبح استخدام قوالب الخرسانة العازلة شائعًا في كلٍ من المباني التجارية منخفضة الارتفاع والمباني السكنية عالية الأداء، وذلك مع اعتماد قوانين بناء أكثر صرامة فيما يتعلق بكفاءة الطاقة ومقاومة الكوارث الطبيعية .

طُوّرت أولى قوالب جدران الخرسانة المعزولة بالبوليسترين الموسّع في أواخر الستينيات مع انتهاء صلاحية براءة الاختراع الأصلية وظهور البلاستيك الرغوي الحديث من شركة BASF . وقدّم المقاول الكندي فيرنر غريغوري أول براءة اختراع لقالب خرساني رغوي عام 1966، وكان عبارة عن كتلة "بارتفاع 16 بوصة وطول 48 بوصة، مزودة بنظام تعشيق لسان وأخدود، وروابط معدنية، وقلب شبكي". ^{[ 1 ]} ومن الجدير بالذكر أن شكلاً بدائياً من قوالب الخرسانة المعزولة بالبوليسترين يعود إلى عام 1907، كما يتضح من براءة الاختراع بعنوان "كتلة البناء" للمخترع إل آر فرانكلين. وقد نصّت هذه البراءة على طوبة متوازية المستطيلات ذات تجويف أسطواني مركزي، متصلة بالوجهين العلوي والسفلي بواسطة تجويف غاطس. ^{[ 2 ]}

ازداد استخدام تقنية البناء باستخدام قوالب الخرسانة المعزولة (ICF) بشكل مطرد منذ سبعينيات القرن الماضي، على الرغم من أنه واجه في البداية عقباتٍ تمثلت في نقص الوعي، وقوانين البناء، والارتباك الناجم عن وجود العديد من الشركات المصنعة التي تبيع تصاميم مختلفة قليلاً لقوالب الخرسانة المعزولة بدلاً من التركيز على توحيد معايير الصناعة . أصبحت تقنية البناء باستخدام قوالب الخرسانة المعزولة الآن جزءًا من معظم قوانين البناء ومعتمدة في معظم الدول المتقدمة.

تُوضع قضبان التسليح الفولاذية عادةً داخل القوالب قبل صب الخرسانة لإكسابها مقاومةً للانحناء ، على غرار الجسور والمباني الشاهقة المصنوعة من الخرسانة المسلحة. وكما هو الحال في قوالب الخرسانة الأخرى، تُملأ القوالب بالخرسانة على دفعات يتراوح ارتفاعها بين 30 و120 سم للتحكم في ضغط الخرسانة وتقليل خطر انفجارها.

بعد تصلب الخرسانة، تُترك القوالب في مكانها بشكل دائم لتوفير مجموعة متنوعة من الفوائد، وذلك حسب المواد المستخدمة:

• العزل الحراري
• عزل الصوت
• تصنيف جيد لخصائص الاحتراق السطحي
• مساحة لتمديد أنابيب الكهرباء والسباكة . يمكن لمواد القوالب على جانبي الجدران استيعاب تركيبات الكهرباء والسباكة بسهولة.
• دعامة للجدران الجصية أو التشطيبات الأخرى في الداخل، والجص أو الطوب أو غيرها من مواد التكسية الخارجية.
• تحسين جودة الهواء الداخلي
• تنظيم مستويات الرطوبة والحد من نمو العفن (العازل الرطوبي)

تُصنّف قوالب الخرسانة العازلة عادةً إلى ثلاث فئات. فالمنظمات التي تُعنى بالدرجة الأولى بالهيكل الخرساني تُصنّفها أولاً حسب شكل الخرسانة داخل القالب. ^{[ 3 ] [ 4 ]} أما المنظمات التي تُعنى بالدرجة الأولى بمادة القوالب أو طريقة تصنيعها، فتُصنّفها أولاً حسب خصائص القوالب نفسها. ^{[ 5 ]}

عند تصميم مبنى يُشيّد بجدران بتقنية القوالب الخرسانية المعزولة (ICF)، يجب مراعاة قدرة تحمل وزن أي جدران لا تستند مباشرةً على جدران أخرى أو على أساسات المبنى. كما يجب مراعاة أن الجزء الحامل للحمل في جدار ICF هو الخرسانة، والتي لا تمتد، دون تحضيرات خاصة، إلى حافة القالب. بالنسبة لأنظمة الشبكة والأعمدة والعتبات، يجب تنظيم وضع العناصر الرأسية للخرسانة بطريقة تضمن نقل الحمل بشكل صحيح من العتبة (أو الكمرة الرابطة) إلى السطح الداعم للجدار (مثل البدء من الزوايا المتقابلة أو الفواصل، كالأبواب، والعمل على الالتقاء في الجدار المتصل).

في أستراليا، تُعتبر منتجات الخرسانة المعزولة بالقوالب (ICF) قابلة للاشتعال لعدم اجتيازها اختبارات المختبر وفقًا للمعيار الأسترالي AS 1530.1-1994. ومع ذلك، فقد حصلت على اعتماد AS 1530.8.1-2007 للاستخدام في بعض المناطق المعرضة لحرائق الغابات. ويقتصر استخدامها على المباني التجارية والسكنية منخفضة الارتفاع.

يُعدّ بناء الخرسانة المعزولة (ICF) أقل تعقيدًا نظرًا لبنيته المعيارية . ويمكن الاستعانة بعمالة أقل مهارة لوضع قوالب الخرسانة المعزولة، مع ضرورة توخي الحذر عند صب الخرسانة لضمان تماسكها الكامل وتصلبها بشكل متساوٍ دون تشقق. وعلى عكس بناء العوارض الخشبية التقليدية، لا يتطلب هذا النوع من البناء أي دعامات هيكلية إضافية باستثناء السقالات المؤقتة للفتحات والأبواب والنوافذ والمرافق، مع العلم أن تعديل الهيكل بعد تصلب الخرسانة يتطلب أدوات خاصة لقطع الخرسانة.

تتأثر التكلفة الأولية لاستخدام قوالب الخرسانة المعزولة (ICF) بدلاً من تقنيات البناء التقليدية بأسعار المواد والعمالة، ولكن قد تزيد تكلفة البناء باستخدام قوالب الخرسانة المعزولة من 3 إلى 5% من إجمالي سعر الشراء مقارنةً بالبناء باستخدام الهياكل الخشبية. ^{[ 19 ]} في معظم الحالات، يكون بناء قوالب الخرسانة المعزولة أقل تكلفة بنحو 40% من البناء التقليدي (للقبو) نظرًا لتوفير العمالة الناتج عن دمج عدة خطوات في خطوة واحدة. عادةً ما يكون بناء قوالب الخرسانة المعزولة أعلى تكلفةً فوق مستوى الأرض، ولكن عند إضافة فتحات كبيرة، يصبح هذا النوع من البناء فعالاً من حيث التكلفة. تتطلب الفتحات الكبيرة في البناء التقليدي عوارض وأعمدة دعم كبيرة، بينما يقلل بناء قوالب الخرسانة المعزولة التكلفة، حيث لا يلزم سوى حديد التسليح حول الفتحة مباشرةً.

يُتيح البناء بتقنية القوالب الخرسانية المعزولة (ICF) استخدام وحدات تدفئة وتبريد أصغر بنسبة تصل إلى 60% لتغطية نفس مساحة الأرضية، مما يُقلل تكلفة المنزل النهائي بما يُقدّر بـ 0.75 دولار أمريكي للقدم المربع. وبالتالي، يُمكن أن تتراوح التكلفة الإضافية الصافية المُقدّرة بين 0.25 دولار أمريكي و3.25 دولار أمريكي. ^{[ 20 ] [ 21 ]} كما يُمكن أن تُؤهّل منازل ICF للحصول على إعفاءات ضريبية في بعض المناطق (cn)، مما يُساهم في خفض التكاليف بشكل أكبر.

تُعدّ المباني المبنية بتقنية الخرسانة المعزولة (ICF) أقل تكلفة على المدى الطويل، إذ تتطلب طاقة أقل لتدفئة وتبريد نفس المساحة مقارنةً بالعديد من طرق البناء الشائعة الأخرى. إضافةً إلى ذلك، يمكن أن تكون تكاليف التأمين أقل بكثير، لأن منازل ICF أقل عرضةً للتلف الناتج عن الزلازل والفيضانات والأعاصير والحرائق والكوارث الطبيعية الأخرى. كما تنخفض تكاليف الصيانة والترميم، لأن مباني ICF لا تحتوي على خشب، والذي قد يتعفن بمرور الوقت أو يتعرض لهجمات الحشرات والقوارض. ^{[ 22 ]}

في المناطق المعرضة للزلازل والأعاصير، يوفر البناء بتقنية القوالب الخرسانية المعزولة (ICF) قوةً ومقاومةً للصدمات ومتانةً وعزلاً صوتياً ممتازاً وإحكاماً تاماً للهواء. يُعدّ هذا النوع من البناء مثالياً في المناخات المعتدلة والمختلطة ذات التغيرات الكبيرة في درجات الحرارة اليومية، وفي المباني المصممة للاستفادة من استراتيجيات الكتلة الحرارية . ^{[ 23 ]}

تتراوح قيمة العزل الحراري ( R-value ) للهياكل الخرسانية المعزولة (ICFs) بين R-12 وR-28، وهي قيمة جيدة للجدران. ^{[ 24 ]} وتتراوح نسبة توفير الطاقة مقارنةً بالجدران ذات الإطارات بين 50% و70%. ^{[ 25 ] [ 26 ]}

قد يكون من الصعب إعادة تصميم المباني ذات الهياكل الخرسانية المعزولة (ICF) مقارنة بالهياكل ذات الإطارات التقليدية، وذلك لأن قطع الجدران الخرسانية يتطلب أدوات وأساليب متخصصة.

في المملكة المتحدة، قد لا تكون المباني التي تم تشييدها باستخدام تقنية ICF مناسبة لأصحاب المنازل الذين يرغبون في تحرير رأس المال باستخدام تحرير رأس المال . ^{[ 27 ]}

• البوليسترين
• الخرسانة المسلحة
• العزل الحراري
• كفاءة تحويل الطاقة
• ترشيد استهلاك الطاقة

• أنجيلي سي، "سلامة المباني وكفاءتها وتوفير التكاليف - دراسات علمية حول نظام البناء باستخدام قوالب الخرسانة العازلة (ICF)" - Youcanprint، 2020، ISBN 978-88-31668-54-5