Att möjliggöra återanvändning av betongelement genom digitala arbetsflöden

Vad handlar din doktorsavhandling om?

Doktorsavhandling undersöker hur digitala arbetsflöden och bedömningsmetoder kan stödja återbruk av prefabricerade betongelement för att skapa en cirkulär och hållbar byggd miljö.

Betongelement som balkar, pelare och håldäckelement rivs vanligtvis när byggnader når slutet av sin första användningsfas. Många av dessa element har dock potential att återvinnas och återanvändas i nya byggnader. Min forskning behandlar några av de utmaningar som finns när man ska avgöra om befintliga element är lämpliga för återbruk.

Varför valde du detta ämne?

Byggsektorn behöver snabbt ställa om från en linjär till en cirkulär ekonomi för att minska sitt klimatavtryck och materialsvinn. Betong är världens mest använda byggmaterial och eftersom vi använder så stora mängder står betong och cement för cirka 7–8 procent av de globala koldioxidutsläppen. Samtidigt innehåller befintliga byggnader stora mängder värdefulla bärande material som ofta kasseras när en byggnad rivs.

Jag blev intresserad av frågan om vi kan betrakta befintliga byggnadselement som resurser snarare än avfall, det vill säga resurser som kan återvinnas, bedömas och få ett nytt liv. Digital teknik kan spela en viktig roll i omställningen genom att hjälpa oss att dokumentera, projektera, spåra och utbyta information om byggnadskomponenter under hela deras livscykel. Det förenade flera av mina intressen som arkitekt och forskare: hållbar byggnadsdesign, digitalisering, miljöbedömning och befintliga byggnaders potential för cirkulär utformning.

Vilka är de viktigaste resultaten?

Ett av de viktigaste resultaten är att återbruk av befintliga betongelement kan ge betydande miljövinster jämfört med tillverkning av nya element, särskilt genom att undvika produktionen av ny betong och de utsläpp som följer med den.

Samtidigt visar forskningen att det behövs tillförlitliga metoder för att bedöma befintliga betongelements skick, miljöprestanda genom livscykelanalys (LCA) samt återstående livslängd för att möjliggöra återbruk. I min forskning utvecklade och utvärderade jag bedömningsmetoder och digitala arbetsflöden för att kunna avgöra om befintliga betongelement är lämpliga för återanvändning. Arbetet visade att vissa vanligt förekommande metoder för att uppskatta karbonatisering av betong (en naturlig kemisk process som sker när koldioxid från luften tränger in i betongen och reagerar med cementens kalciumhydroxid) och livslängd inte fullt ut speglar tillståndet hos befintliga betongkonstruktioner, vilket kan påverka beslut om huruvida ett element bedöms vara lämpligt för återbruk.

Ett annat viktigt resultat handlar om digital information. För att ett byggnadselement ska kunna återanvändas måste information om dess geometri, materialegenskaper, bärförmåga, skick, miljöprestanda och historik vara tillgänglig under hela dess livscykel. Jag utvecklade arbetsflöden baserade på BIM och openBIM för att stödja definition, hantering och informationsutbyte mellan olika aktörer och olika skeden i ett byggnadselements livscykel, vilket minskar informationsförluster mellan projekt och organisationer.

Jag undersökte också tekniker för spårning av enskilda byggnadskomponenter, bland annat QR-koder, Near-Field Communication (NFC) och Bluetooth Low Energy (BLE). Dessa studier visade att nya teknologier kan erbjuda fungerande sätt att identifiera och spåra återbrukbara element, även om deras lämplighet beror på kraven och förutsättningarna i återbruksprocessen, exempelvis elementets geometri samt tillgängligheten och placeringen av spårningsmärkningen.

Sammantaget visar forskningen att cirkulärt byggande inte enbart handlar om att återvinna fysiska material, utveckla nya återvinningsbara material eller skapa lösningar för demontering. Det kräver också nya sätt att bedöma, dokumentera och förvalta det befintliga byggnadsbeståndet.

Stötte du på något oväntat under arbetet med avhandlingen?

En av de saker som förvånade mig var hur stor betydelse antaganden bakom till synes enkla bedömningsmetoder kan ha.

Karbonatisering av betong betraktas ofta främst som en hållbarhetsfråga eftersom den kan minska armeringens skydd mot korrosion. Samtidigt innebär karbonatisering också att betongen absorberar koldioxid från atmosfären. Karbonatiseringen kan därmed i viss utsträckning minska klimatpåverkan från betongkonstruktioner under användningsfasen, vid livslängdens slut (under lagring, återbruk eller återvinning) och även under en andra användningsfas.

När jag studerade detta närmare fann jag att traditionella metoder för att uppskatta detta koldioxidupptag, särskilt de som beskrivs i EN 16757:2022 och CEN/TR 17310:2019, kan ge mycket olika resultat vid bedömning av befintliga konstruktioner. Resultat som baseras på standardernas antaganden kan överskatta mängden koldioxid som absorberas under ett betongelements livstid.

Samtidigt kan de karbonatiseringskoefficienter som anges i dessa standarder underskatta betongelements återstående livslängd och därmed minska deras återbrukspotential, särskilt för inomhuselement. I ReCreate-projektet fann vi däremot att inomhuselement har störst återbrukspotential. Detta beror på att de är skyddade från yttre miljöpåverkan såsom korrosion och frostskador.

Standarderna utgår från att karbonatiseringskoefficienterna följer ordningen inomhus > utomhus skyddat läge > utomhus oskyddat läge. Min forskning och aktuell litteratur tyder däremot på motsatsen, där karbonatiseringen generellt fortskrider snabbare i skyddade utomhusmiljöer än i oskyddade och inomhusmiljöer.

Detta är betydelsefullt eftersom dessa antaganden kan få stor påverkan när vi avgör om ett befintligt betongelement är lämpligt för återbruk och när vi bedömer koldioxidupptag samt byggnaders klimatpåverkan. Dessutom kan metodval inom livscykelanalys, särskilt val av allokeringsmetoder, påverka resultaten när man jämför alternativ som nyproducerad respektive återbrukad betong. Allokeringar har också stor betydelse för klimatpåverkan från återbrukade betongkonstruktioner.

Jag fann det även intressant att digitalisering ofta framställs som en lösning för cirkulärt byggande, men att mer data i sig inte automatiskt gör återbruk möjligt. Informationen måste vara tillförlitlig, relevant och tillgänglig vid rätt tidpunkt, och olika aktörer måste kunna förstå, komma åt och använda den.

Cirkulärt byggande kräver därför inte bara nya digitala innovationer utan också en noggrann förståelse för de antaganden, informationsflöden och beslutsprocesser som ligger bakom dem.

Vem kommer att ha nytta av resultaten? Vilken påverkan kan de få på samhället?

Forskningen kan gynna flera aktörer inom den byggda miljön, bland annat arkitekter, konstruktörer, entreprenörer, fastighetsägare, materialleverantörer och beslutsfattare.

För yrkesverksamma kan de utvecklade metoderna bidra till bättre underbyggda beslut om huruvida befintliga betongelement kan återanvändas på ett säkert och miljömässigt fördelaktigt sätt. För fastighetsägare och entreprenörer kan bättre information om befintliga komponenter göra det lättare att identifiera möjligheter till återbruk innan rivning sker.

Digital informationshantering kan också hjälpa olika aktörer att få tillgång till och utbyta den information de behöver, från den första bedömningen av en befintlig byggnad till återtagning, lagring och integration i en ny byggnad. BIM*- och openBIM-arbetsflöden kan bidra till att relevant information om byggnadskomponenter struktureras och överförs på ett sätt som förblir användbart för olika aktörer och under olika faser av komponentens livscykel.

På längre sikt hoppas jag att forskningen bidrar till en byggsektor där byggnader utformas och förvaltas med framtida återbruk i åtanke. I stället för att betrakta en byggnad som en slutprodukt som så småningom blir avfall kan vi se den som en tillfällig sammansättning av material och komponenter som kan få flera liv. Detta kan bidra till att minska materialförbrukning, byggavfall och utsläpp av växthusgaser. Det kan också skapa nya möjligheter för mer hållbara byggnader.

Vad ska du göra härnäst och hur kan man nå dig?

Efter doktorsexamen vill jag fortsätta arbeta i gränslandet mellan hållbar byggnadsdesign, cirkularitet och digitalisering, både genom forskning och genom arkitektur- och hållbarhetspraktik. Jag vill vidareutveckla och tillämpa cirkulära, regenerativa och prestandabaserade arbetssätt inom den byggda miljön.

Jag är intresserad av hur beräkningsbaserade designmetoder och artificiell intelligens kan stödja projektörer i att fatta bättre beslut. Jag fortsätter också mitt arbete med dagsljus, fasader, byggnadsprestanda och cirkularitet inom den byggda miljön.

Jag ser stor potential i att bygga broar mellan forskning och praktik: att föra in vetenskaplig kunskap, evidensbaserade metoder och nya teknologier i arkitekt- och ingenjörspraktiken, samtidigt som utmaningar från verkliga projekt kan inspirera framtida forskning. Ett bra exempel är vårt pågående arbete med standardisering i Sverige genom SIS, där jag under nästan två år har bidragit till utvecklingen av den första nordiska och europeiska standarden för återbruk av olika typer av prefabricerade betongprodukter och bedömning av deras livslängd.

Jag kommer att fortsätta vara aktiv inom forskning och internationella samarbeten. Du når mig via min profil på KTH , LinkedIn och genom mina forskningspublikationer.

*Byggnadsinformationsmodellering