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Carbonbeton ist ein neuartiger Verbundwerkstoff, der seit ca. 20 Jahren in den Sonderforschungsbereichen (SFB) 528 und 532 erforscht wird. Abgesehen von vereinzelten Unikaten im Neubaubereich sind Einsatzgebiete bisher vornehmlich die Bereiche Sanieren, Verstärken und Ertüchtigen in Verbindung mit engmaschigen Bewehrungsstrukturen und hochfesten Feinbetonen.
In Ergänzung hierzu wird in dieser Arbeit ein Versuchskonzept für die industriell gefertigte Deckenplatte des Parkhaussystems GOBACAR® als Neubauteil vorgestellt, bei welcher eine Bewehrungsstruktur mit großer Maschenweite und Normalbeton (Großkorn 16 mm) Anwendung findet.
Aus einem umfassenden Versuchsprogramm beginnend mit der Ermittlung von Festigkeitswerten für die Bewehrung, über die Ermittlung einer Dauerfestigkeit, Verbundeigenschaften und Auswirkungen aus dynamischer Beanspruchung bis hin zu Einflüssen aus Temperaturwirkung auf die Bewehrung und deren Verbundfestigkeit werden Teilsicherheitsbeiwerte abgeleitet und daraus ein Bemessungsmodell für die Biegetragfähigkeit beschrieben. Es wird aufgezeigt, wie die aus den Versuchen ermittelten Kennwerte in die Bemessung einfließen. Aus dem Versuchsprogramm werden weiterhin Bauteilversuche mit Originalspannweite im Maßstab 1:1 vorgestellt, aus denen Bauteilwiderstände für die Biege und Querkrafttragfähigkeit sowie Durchstanzen aus simulierter Radlast für die Deckenplatte als Systembauteil abgeleitet werden.
Für die Biegetragfähigkeit wird der Widerstand aus dem Bemessungsmodell und der versuchsgestützte Bauteilwiderstand gegenübergestellt.
Für die Entwicklung der Parkhausdeckenplatte mit Carbonbeton hat das Unternehmen GOLDBECK unter der Gesamtleitung des Autors in der Summe mehr als 400 Versuche durchgeführt, von denen etwas mehr als 100 die Grundlage dieser Arbeit sind und aus denen eine wirtschaftliche Biegebemessung mit der ermittelten Dauerfestigkeit der Carbonbewehrung abgeleitet wird.
Im Rahmen dieser Dissertation wurden nachhaltige Konzepte zur selektiven C-C, C-N, und C-S Bindungsknüpfung erarbeitet. Der Fokus lag dabei auf der Entwicklung katalytischer und ressourcenschonender Prozesse, die auf leicht zugänglichen und kostengünstigen Startmaterialien beruhen.
Im ersten Teilprojekt gelang es, eine abfallminimierte Eintopfsynthese von Amiden ausgehend von den entsprechenden Ammoniumcarboxylaten und einem niedermolekularen Alkin als Aktivator zu entwickeln. Entscheidend hierbei war die Identifikation eines hochaktiven und stabilen Rutheniumkatalysators, mit dem die Addition des Carboxylates an das Alkin selbst in Gegenwart von Aminen möglich ist. Eine Aminolyse der intermediär gebildeten Enolester liefert im Anschluss die gewünschten Amide zusammen mit einer niedermolekularen und leicht abtrennbaren Carbonylverbindung als einzigem Nebenprodukt.
In einem weiteren Projekt gelang es eine carboxylatdirigierte ortho-Arylierung von Benzoesäuren mit kostengünstigen und breit verfügbaren Arylhalogeniden zu entwickeln. Der bei diesem Verfahren eingesetzte Rutheniumkatalysator besticht dabei nicht nur durch seine hohe Aktivität, sondern ist im Vergleich zu bisher genutzten Katalysatoren um ein vielfaches günstiger und erlaubt selbst die Umsetzung von unreaktiveren Arylchloriden. Durch Kombination dieser neu entwickelten Methode mit einer Protodecarboxylierung bzw. einer decarboxylierenden Kreuzkupplung konnte weiterhin die Carboxygruppe als Ankerpunkt für weitere Funktionalisierungsschritte genutzt und so deren Überlegenheit im Vergleich zu anderen dirigierenden Gruppen demonstriert werden.
Daneben gelang in einem dritten Teilprojekt, welches zwei thematisch sehr verwandte Unterprojekte umfasst, die Einführung der pharmakologisch bedeutsamen Trifluormethylthiolgruppe in aliphatische Substrate unter Verzicht auf stöchiometrische Mengen an präformierten Metallspezies. Unter Verwendung der lagerstabilen Me4NSCF3 Vorstufe, welche aus den kommerziell erhältlichen Reagenzien Me4NF, elementarem Schwefel und TMS-CF3 zugänglich ist, konnten -Diazoester erstmals mit katalytischen Mengen eines Kupfersalzes zu den entsprechenden trifluormethylthiolierten Produkten umgesetzt werden. Zusätzlich hierzu gelang es, über eine indirekte Reaktionsführung aliphatische Kohlenstoffelektrophile, wie Halogenide oder Mesylate, in einer Eintopfreaktion zunächst zu thiocyanieren und anschließend über einen Langlois-Austausch mit kostengünstigem TMS-CF3 in die entsprechenden trifluormethylthiolierten Spezies umzuwandeln. Beide Verfahren bestechen mit einer hohen Toleranz gegenüber funktionellen Gruppen und einer deutlichen Reduktion der gebildeten Abfallmengen im Vergleich zu etablierten Verfahren.
Im letzten Teilprojekt dieser Arbeit konnte eine abfallfreie Hydroxymethylierung terminaler Alkine unter Nutzung von CO2 als nachhaltigem C1-Baustein realisiert werden. Durch den Einsatz der organischen Base 2,2,6-6-Tetramethylpiperidin werden Phenylacetylenderivate in einem sequentiellen Eintopfverfahren zunächst carboxyliert und im Anschluss daran zu den entsprechenden Alkoholen hydriert, wobei die Base nach der Sequenz wieder freigesetzt und als einziges Nebenprodukt Wasser gebildet wird. Analog dazu gelang es durch die Nutzung von Kaliumphosphat als Base dieses Konzept auch auf die anspruchsvolleren aliphatisch substituierten Alkine zu übertragen. Als Schlüsselschritt dieser Reaktionssequenz gilt eine Veresterung der intermediär gebildeten Kaliumcarboxylate in Methanol unter CO2 Druck. Das zusammen mit dem Produkt gebildete Basengemisch aus Kaliumhydrogencarbonat und Dikaliumhydrogenphosphat kann anschließend durch thermische Behandlung wieder in Wasser, Kohlendioxid und die eingesetzte Base Kaliumphosphat umgewandelt werden, sodass in der Gesamtsequenz lediglich Wasser als Nebenprodukt anfällt.
In urban planning, both measuring and communicating sustainability are among the most recent concerns. Therefore, the primary emphasis of this thesis concerns establishing metrics and visualization techniques in order to deal with indicators of sustainability.
First, this thesis provides a novel approach for measuring and monitoring two indicators of sustainability - urban sprawl and carbon footprints – at the urban neighborhood scale. By designating different sectors of relevant carbon emissions as well as different household categories, this thesis provides detailed information about carbon emissions in order to estimate impacts of daily consumption decisions and travel behavior by household type. Regarding urban sprawl, a novel gridcell-based indicator model is established, based on different dimensions of urban sprawl.
Second, this thesis presents a three-step-based visualization method, addressing predefined requirements for geovisualizations and visualizing those indicator results, introduced above. This surface-visualization combines advantages from both common GIS representation and three-dimensional representation techniques within the field of urban planning, and is assisted by a web-based graphical user interface which allows for accessing the results by the public.
In addition, by focusing on local neighborhoods, this thesis provides an alternative approach in measuring and visualizing both indicators by utilizing a Neighborhood Relation Diagram (NRD), based on weighted Voronoi diagrams. Thus, the user is able to a) utilize original census data, b) compare direct impacts of indicator results on the neighboring cells, and c) compare both indicators of sustainability visually.