断熱コンクリートフォーム

断熱コンクリート型枠または断熱コンクリート型枠(ICF) は、通常、壁、床、屋根の恒久的な内部および外部の基質として所定の位置に留まる硬質断熱材を使用して作られた鉄筋コンクリート用の型枠システムです。型枠は、乾式積み重ね (モルタルなし) され、コンクリートで満たされた連結モジュラー ユニットです。ユニットはレゴブロックのように互いにロックされ、建物の構造壁または床の型枠を作成します。より厳格なエネルギー効率と自然災害耐性の建築基準が採用される につれて、ICF 構造は低層の商業用および高性能住宅建設の両方で一般的になっています。

最初の発泡ポリスチレン製 ICF 壁型枠は、1960 年代後半に、当初の特許の期限切れと BASF による最新の発泡プラスチックの登場により開発されました。カナダの請負業者 Werner Gregori は、1966 年に「高さ 16 インチ、長さ 48 インチで、溝付きインターロック、金属タイ、ワッフル グリッド コアを備えた」ブロックを使用して、最初の発泡コンクリート型枠の特許を申請しました。^[1] ICF 型枠の原型は、発明者 LR Franklin の「ビルディング ブロック」と題された特許によって証明されるように、1907 年にまで遡ると指摘するのは正しいでしょう。この特許は、中央に円筒形の空洞があり、上面と下面が皿穴で接続された平行六面体のレンガを主張していました。^[2]

ICF 構造の採用は 1970 年代から着実に増加していますが、当初は認識不足、建築基準、および業界標準化に重点を置くのではなく、多くの異なるメーカーがわずかに異なる ICF 設計を販売したことによる混乱によって妨げられていました。ICF 構造は現在、ほとんどの建築基準の一部であり、先進国のほとんどの管轄区域で受け入れられています。

断熱コンクリート型枠は、次のいずれかの材料から製造されます。

• ポリスチレンフォーム（最も一般的なのは発泡または押し出し成形）
• ポリウレタンフォーム（大豆由来フォームを含む）^[3]
• セメント結合木質繊維
• セメント結合ポリスチレンビーズ
• 気泡コンクリート

鉄筋は、通常、コンクリートを流し込む前に型枠の内側に配置され、鉄筋コンクリートで作られた橋や高層ビルと同様に、コンクリートに曲げ強度を与えます。他のコンクリート型枠と同様に、型枠には、コンクリートの圧力を管理し、爆発の危険性を減らすために、1 フィートから 4 フィートの高さの「リフト」でコンクリートが充填されます。

コンクリートが硬化した後、型枠は永久的にそのまま残され、使用される材料に応じてさまざまな利点が得られます。

• 断熱
• 防音
• 表面燃焼特性評価良好
• 電気配線と配管を配線するためのスペース。壁の両側のフォーム材により、電気設備や配管設備を簡単に設置できます。
• 内部の乾式壁やその他の仕上げ材、および外部のスタッコ、レンガ、その他のサイディングの下地
• 室内空気質の改善
• 湿度レベルを調節し、カビの繁殖を抑制（湿度バッファー）

断熱コンクリート型枠は、一般的に2つの方法で分類されます。コンクリートに最も関心のある組織は、まず型枠内のコンクリートの形状によって分類します。^{[4] [5]}型枠の製造に最も関心のある組織は、まず型枠自体の特性によって分類します。^[6]

フラット ウォール システム ICF の場合、コンクリートは、取り外し可能な型枠を使用して構築されたコンクリート壁の形状に似た、固体鉄筋コンクリートのフラット ウォールの形状になります。

スクリーン グリッド システム ICF の場合、コンクリートはスクリーン内の金属の形状をしており、鉄筋コンクリートの水平チャネルと垂直チャネルが固体フォーム材料の領域によって区切られています。

ワッフル グリッド システム ICF の場合、コンクリートはスクリーン グリッドとフラット ウォール システム コンクリートのハイブリッドの形状を持ち、グリッドはより厚い鉄筋コンクリートでできており、スクリーン グリッドに固体 ICF 材料が使用される中央領域ではコンクリートが薄くなります。

ポストおよびリンテル システム ICF の場合、コンクリートには、壁の上部にのみリンテルと呼ばれる水平メンバーがあり(壁の下部の水平コンクリートは、建物のフッターまたは下の壁のリンテルの形で存在することがよくあります)、リンテルと壁が置かれている表面の間にはポストと呼ばれる垂直メンバーがあります。

ICF の外形はコンクリートブロックに似ていますが、ICF ブロックは比重の低い材料で作られているため、サイズが大きいことがよくあります。ICF ブロックの端は連結するように作られていることが多く、ブロック間の結合材の使用の必要性が減るか、または不要になります。

パネル ICF は、平らな壁の一部である平らな長方形の形状をしており、多くの場合、壁の高さと同じで、幅は、大きなサイズでの材料の操作性、および壁を構築するためのパネル サイズの一般的な有用性によって制限されます。

プランク ICF は、1 つの次元ではブロック ICF のサイズを持ち、もう 1 つの次元ではパネル ICF のサイズを持ちます。

• 空気の漏れが最小限に抑えられるため、堅固な空気バリアのない壁に比べて快適性が向上し、熱損失が軽減されます。
• 高い熱抵抗（R値）は通常3 K⋅m ² /W以上（米国慣用単位ではR-17 ^{[7] ）であり、断熱されていない石造建築物と比較してエネルギーを節約します（}比較を参照）。
• フレーム構造でよくあるような熱橋や「断熱ギャップ」のない連続断熱
• 熱質量は、適切に使用され、パッシブソーラー設計と組み合わせられると、特に日中は外気温が室内温度より高く、夜間は室内温度より低くなることがよくある気候において、エネルギー使用量をさらに削減する上で重要な役割を果たすことができます。

• 断熱コンクリートフォームは、木造構造物よりも最大 10 倍の強度を持つ、モノリシックまたは柱と梁の構造コンクリート壁を作成します。
• フレーム壁に比べて、自然の力に対する耐性が優れている構造的完全性。
• ICF システムの構成要素 (注入されたコンクリートおよび ICF の製造に使用される材料) は、濡れても腐敗しません。

ICF 壁の音響透過率ははるかに低くなっています。標準の厚さの ICF 壁の音響透過係数 (STC) は、標準的なグラスファイバー断熱材や乾式壁の 36 と比較して 46 ～ 72 です。達成される音響減衰レベルは、壁の厚さ、質量、構成材料、気密性によって決まります。

ICF壁は4～6時間の耐火等級を持ち、表面燃焼特性は無視できるほどである。国際建築基準法2603.5.2 ^{[8]では、中央のコンクリートによる防火性能に関係なく、プラスチックフォーム断熱材（例：ポリスチレンフォーム、ポリウレタンフォーム）は}断熱材（例：乾式壁）によって建物内部から分離する必要があると規定している。セメント結合した木質繊維（例： ^[9]）、ポリスチレンビーズ（例：^{[10] [11]}）、または空気（すなわち気泡コンクリート、例：^[12] ）で作られたフォームは、本質的に耐火等級を持っている。

ICF 壁は一般にシート状のプラスチック蒸気バリアなしで構築されるため、湿度レベルを調節し、カビの発生を抑え、高い断熱性能を維持しながらより快適な室内環境を実現します。ただし、フォームはガスを放出する可能性がありますが、これについては十分に研究されていません。

ICF壁は、建物の環境への影響を最小限に抑えることができるさまざまなリサイクル材料で作ることができます。コンクリートの生産は温室効果ガスの排出に大きく貢献しているため、ICF壁に大量のコンクリートが使用されていることは批判されてきました。^[13]

ICF 壁の内部空間全体が連続的に占有されているため (吹き付け断熱材やグラスファイバー断熱材と木枠壁の間に隙間ができません)、昆虫や害虫が偶然に侵入することがより困難になります。さらに、プラスチック フォーム フォームは時折トンネルを掘って通り抜けることができますが、内部のコンクリート壁や、セメント結合型フォームのポートランド セメントは、木製の壁よりも昆虫や害虫に対する障壁としてはるかに強力です。

ICF 壁で建設される建物を設計する場合、他の壁や建物の基礎に直接載っていない壁の重量を支えることを考慮する必要があります。また、ICF 壁の耐荷重部分はコンクリートであり、特別な準備がなければ、どの方向にもフォームの端まで伸びないことを理解する必要があります。グリッド システムとポスト & リンテル システムの場合、コンクリートの垂直メンバーの配置は、リンテル (またはボンド ビーム) から壁を支える表面に荷重が適切に伝達されるような方法 (たとえば、反対側のコーナーまたは切れ目 (ドアなど) から始めて、切れ目のない壁で出会うようにする) で構成する必要があります。

オーストラリアでは、ICF 製品は AS 1530.1-1994 ラボテストに合格していないため、可燃性であると見なされています。しかし、一部の山火事が発生しやすい地域での使用について AS 1530.8.1-2007 認定を取得しています。その用途は低層の商業施設および住宅に限定されています。^{[引用が必要]}

ICF 構造はモジュール化されているため、要求が厳しくありません。ICF 型枠を敷設するために熟練度の低い労働者を雇用できますが、コンクリートを流し込む際には、完全に固まり、ひび割れなく均一に硬化するように慎重に考慮する必要があります。従来の木製梁構造とは異なり、開口部、ドア、窓、またはユーティリティ用の一時的な足場以外の追加の構造サポートは必要ありませんが、コンクリートが硬化した後に構造を変更するには、特別なコンクリート切断ツールが必要です。

ICF 壁は通常、壁を基礎に接続する 埋め込まれた鉄筋ダボを備えたモノリシック スラブ上に配置されます。

ICFデッキは、一般的なICF壁構造への追加としてますます人気が高まっています。ICFデッキは、標準的なコンクリート床よりも最大40％軽量で、優れた断熱性を提供します。ICFデッキは、ICF壁と組み合わせて設計することもでき、鉄筋で結合された連続したモノリシック構造を形成します。ICFデッキ屋根は暴風雨地域で人気がありますが、^[14]複雑な屋根形状を構築するのは難しく、傾斜した表面ではコンクリートを注入できるのは一点までで、最大勾配は7:12であることが多いです。^[15]

ICF壁は、通常、角から始めて壁の中央に向かって、1列ずつ建設されます。次に、端のブロックをカットして、材料の無駄を最小限に抑えます。壁が上がるにつれて、ブロックは交互に配置され、ポリスチレンフォームワークを弱める可能性のある長い垂直の継ぎ目がないようにしています。^[16]バック と呼ばれる構造フレームは、開口部の周囲に配置され、開口部の強度を高め、窓やドアの取り付けポイントとして機能します。

内装および外装の仕上げとファサードは、ICF の種類に応じて、ICF 表面またはタイ エンドに直接固定されます。レンガや石造りのファサードでは、メイン フロア レベルで延長された棚または棚角度が必要ですが、それ以外は変更する必要はありません。内装の ICF ポリスチレン壁面は、乾式壁パネルまたはその他の壁コーティングで覆う必要があります。^[17]建設直後の最初の数か月間は、コンクリートが硬化するにつれて内部の湿度に関する小さな問題が明らかになる可能性があり、乾式壁が損傷する可能性があります。除湿は、小型の住宅用除湿器または建物の空調システムを使用して行うことができます。

請負業者の経験と仕事の質によっては、不適切に設置された外部フォーム断熱材に地下水や虫が入り込みやすくなる可能性があります。これらの問題を防ぐために、一部のメーカーは殺虫剤処理されたフォームブロックを製造し、排水シートやその他の防水方法の設置を推奨しています。排水タイルは水を排出するために設置されます。

配管や電気配線は型枠内に入れて所定の位置に流し込むことができますが、沈下の問題により配管が破損し、修理に高額な費用がかかる可能性があります。このため、配管や配線、電気ケーブルは通常、壁装材を貼る前にフォームに直接埋め込まれます。ホットナイフや電動チェーンソーは、配管やケーブルを敷設するための開口部をフォームに作成するためによく使用されます。電気ケーブルは、ケーブルパンチを使用してICFに挿入されます。^[18]他の材料で作られたICFは通常、簡単な大工道具で切断または配線されます。セメント結合型型枠に適した簡単な大工道具のバージョンは、オートクレーブ養生気泡コンクリートで同様に使用できるように作られています。

従来の建設技術ではなくICFを使用する場合の初期コストは、材料と労働力の価格に左右されますが、ICFを使用した建物は、木造の建物よりも総購入価格が3〜5％高くなる可能性があります。^[19]ほとんどの場合、ICF建設は、複数のステップを1つのステップにまとめることで労働力が節約されるため、従来の（地下）建設よりも約40％安価になります。地上では、ICF建設は通常より高価ですが、大きな開口部を追加する場合、ICF建設は非常に費用対効果が高いものになります。従来の建設では大きな開口部に大型のヘッダーと支柱が必要ですが、ICF建設では開口部の周囲に直接鉄筋があればよいため、コストが削減されます。

ICF構造では、同じ床面積に最大60%小型の暖房・冷房ユニットを設置できるため、最終的な住宅のコストを1平方フィートあたり約0.75ドル削減できます。したがって、推定純追加コストは0.25ドルから3.25ドルにもなります。^{[20] [21] ICF住宅は、一部の管轄区域では}税額控除の対象となる場合もあり((cn))、さらにコストを削減できます。

ICF の建物は、他の一般的な建築方法に比べて、同じ広さの空間を冷暖房するのに必要なエネルギーが少ないため、長期的に見て安価です。さらに、 ICF 住宅は地震、洪水、ハリケーン、火災、その他の自然災害による被害を受けにくいため、保険料も大幅に安くなります。ICF の建物には木材が使用されていないため、時間の経過とともに腐ったり、虫やネズミに襲われたりすることがないため、メンテナンス費用も軽減されます。^[22]

地震やハリケーンが発生しやすい地域では、ICF構造は強度、耐衝撃性、耐久性、優れた遮音性、気密性を提供します。ICF構造は、日々の気温変化が大きい温暖気候や混合気候の地域で、熱質量戦略の恩恵を受けるように設計された建物に最適です。^[23]

ICFの断熱R値（R値）はR-12からR-28の範囲で、壁に適したR値です。^[24]フレーム壁と比較したエネルギー節約は50％から70％の範囲です。^{[25] [26]}

英国では、ICFを使用して建設された建物は、エクイティリリースを使用して資本を解放したい住宅所有者には適さない可能性があります。^[27]

• ポリスチレン
• 鉄筋コンクリート
• 断熱
• エネルギー変換効率
• エネルギー節約

• Angeli C.、「建物の安全性、効率性、コスト削減 - ICF 建設システムに関する科学的研究 - 断熱コンクリートフォーム」 - Youcanprint、2020 年、ISBN 978-88-31668-54-5