Enabling concrete reuse through digital workflows for a circular built environment
2026 (English) Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Sustainable development SDG 9: Industry, innovation and infrastructure, SDG 11: Sustainable cities and communities, SDG 12: Responsible consumption and production, SDG 13: Climate action
Abstract [en]
The built environment is a major contributor to global greenhouse gas emissions, resource depletion, and waste generation. Concrete, as the most widely used construction material, has a substantial environmental impact. Reusing structural concrete elements offers a pathway toward circularity by reducing demand for new materials and avoiding upfront CO2 emissions. However, widespread implementation remains limited by technical challenges, such as remaining service life and the lack of standardized information flows throughout reuse processes. This dissertation investigates the reuse potential of structural precast concrete elements recovered from existing buildings that were not originally designed for disassembly. The research establishes and validates integrated digital workflows that combine engineering assessment, environmental evaluation, and digital information management to support systematic decision-making for concrete reuse in new buildings.
The work first examines the capabilities and limitations of existing digital tools for circular construction before developing BIM-based information management guidelines based on the Level of Information Need (LOIN) framework. To link reclaimed physical elements with their corresponding BIM representations, component tracking workflows are developed, supporting their identification and traceability. The research further demonstrates how openBIM standards, including the Information Delivery Specification(IDS), can enable automated validation of reuse-specific information requirements and improve interoperability within circular construction workflows. The thesis also develops an integrated computational workflow for assessing the technical and environmental viability of reuse by combining service life prediction, carbonation modelling, and embodied carbon assessment across multiple life cycles. The findings show that direct reuse provides substantially greater climate benefits than carbonation alone. A probabilistic performance-based framework is further introduced to assess the service life of reclaimed concrete elements for reuse. It focuses on carbonation-induced corrosion, as a key durability concern in concrete buildings, modelling both corrosion initiation and propagation phases. Through parametric analysis and Monte Carlo simulations, results show that reclaimed precast concrete elements can achieve a second 50-year service life, under appropriate exposure conditions and repair strategies. This research provides methods to support the safe, scalable, and climate-efficient implementation of structural concrete reuse within a circular built environment.
Abstract [sv]
Den byggda miljön bidrar i hög grad till globala utsläpp av växthusgaser, resursutarmning och avfallsgenerering. Betong, som det mest använda byggmaterialet, har en betydande miljöpåverkan. Återanvändning av betongkonstruktioner erbjuder en väg mot cirkularitet genom att minska efterfrågan på nya material och undvika initiala koldioxidutsläpp. Emellertid, begränsas implementeringen fortfarande av tekniska utmaningar, såsom återstående livslängd och bristen på standardiserade informationsflöden genom återanvändningsprocesser. Denna avhandling undersöker återanvändningspotentialen för betongkonstruktionselement som återvunnits från befintliga byggnader som ursprungligen inte var avsedda för demontering. Forskningen etablerar och validerar integrerade digitala arbetsflöden som kombinerar teknisk bedömning, miljöutvärdering och digital informationshantering för att stödja systematiskt beslutsfattande för återanvändning i nya byggnader.
Arbetet undersöker först möjligheter och begränsningar hos befintliga digitala verktyg för cirkulärt byggande innan BIM-baserade riktlinjer för informationshantering utvecklas baserat på Level of Information Need (LOIN)-ramverket. För att länka återvunna fysiska element med motsvarande BIM-representationer utvecklas arbetsflöden för komponentspårning, vilket stöder deras identifiering och spårbarhet. Forskningen visar vidare hur openBIM-standarder, inklusive Information Delivery Specification (IDS), kan möjliggöra automatiserad validering av återanvändningsspecifika informationskrav och förbättra interoperabiliteten inom cirkulära byggarbetsflöden. Avhandlingen utvecklar också ett integrerat beräkningsarbetsflöde för att bedöma den tekniska och miljömässiga lönsamheten av återbruk genom att kombinera livslängdsprognoser och bedömning av inbyggda koldioxiden över flera livscykler. Resultaten visar att direkt återanvändning ger betydligt större klimatfördelar än enbart karbonatisering. Ett probabilistiskt prestandabaserat ramverk introduceras vidare för att bedöma livslängden för återvunna betongelement för återanvändning. Det fokuserar på karbonatiseringsinducerad korrosion, som en viktig hållbarhetsfråga i betongbyggnader, och modellerar både korrosionsinitierings- och propageringsfaserna. Genom parametrisk analys och Monte Carlo-simuleringar visar resultaten att återvunna prefabricerade betongelement kan uppnå en andra livslängd på 50 år, under lämpliga exponerings och reparationsstrategier. Denna forskning tillhandahåller metoder för att stödja säker, skalbar och klimateffektiv implementering av strukturell betongåteranvändning inom en cirkulär byggd miljö.
Place, publisher, year, edition, pages Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2026. , p. 119
Series
TRITA-ABE-DLT ; 2628
Keywords [en]
circular economy, circular construction, reuse, precast, concrete, durability, carbonation, embodied carbon, LCA, BIM, computational design, logistics, traceability, CO2 uptake, corrosion, service life, buildings, circular design, engineering, performance-based, probabilistic modelling, building information modelling, life cycle, climate change, Monte Carlo
National Category
Building Technologies Architectural Engineering
Research subject Civil and Architectural Engineering, Building Technology
Identifiers URN: urn:nbn:se:kth:diva-387878 ISBN: 978-91-8106-690-6 (print) OAI: oai:DiVA.org:kth-387878 DiVA, id: diva2:2098062
Public defence
2026-10-09, F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26 & 28, KTH Campus, public video conference link https://kth-se.zoom.us/j/61997128146, Stockholm, 14:00 (English)
Opponent
Supervisors
Projects ReCreate project
Funder EU, Horizon 2020, 958200
Note QC 20260904
2026-09-042026-09-022026-09-22 Bibliographically approved
List of papers