JP7341150B2 - 消化物を含む建築材料 - Google Patents

Description

本発明は、レンガ、軽量骨材、及びコンクリートなどの建築材料を製造する方法、並びに対応する建築材料に関する。

レンガ、タイル、軽量骨材、セメント、コンクリート、及びモルタルなどの建築材料は、粘土及び／又は砂から製造される強固な建築材料であり、例えば、原料とオプションで水とを混合して成形し、その後乾燥し、オプションで建築材料を得る条件下で焼成する工程によって製造される。

汚泥などの廃棄物をさまざまな建築材料の製造において原料として含めることは、廃棄物のリサイクルと環境汚染問題の持続可能な処理、及び自然のままの原料資源の保全を組み合わせることから注目されている。廃棄物や汚泥は、典型的には主成分として有機物、水、及び無機物で構成される。特に水や有機物の含有量は、セラミック建築材料などの建築材料の製造の原料として使用する場合に重要である。セラミック建築材料は強固な材料であり、強度、吸水率などの特性は、建築構造物での使用にとって重要である。

ＵＳ４１１２０３３は、その中に環境に有害な、及び／又は有毒な物質を含む下水汚泥からレンガ又は他のセラミック製品を製造する方法を開示している。この方法は、乾燥機からの排気を、芳香族化合物を破壊するための燃焼用空気として窯へ排出することを含む。

ＣＮ１０３３０４２１７は、嫌気性消化に供した汚泥を利用することによりセラムサイトを調製する方法を開示している。セラミック粒子は、処理された汚泥を主な原料として、つまり非常に高い割合の汚泥を使用して調製される。

建築材料の成分として下水汚泥を使用することの１つの課題は、例えば、レンガでの着色の影響を回避することである。また、下水汚泥は、通常、かなりの割合のリン（ｐｈｏｓｐｈｏｒ）を含んでおり、例えばコンクリートにおけるその使用を妨害する可能性がある。下水汚泥のもう１つの欠点は、下水汚泥を原料として使用すると軽量骨材が収縮する傾向があることである（非特許文献１、及び非特許文献２）。

レンガ業界では、製造時の収縮を綿密に監視して、最終的なレンガサイズが明確に定義され、特定の生産で使用される原料の組み合わせに関係なく、標準化された寸法に準拠するようにする。

乾燥収縮は、蒸発による毛細管水の損失による新たに成形された生地レンガの収縮として定義され、粘土体の粒子は安定した骨格として形成されている。形成されたすべての粘土レンガには、レンガが焼成される前に乾燥段階で除去する必要がある水が含有されている。この工程は、レンガに応力がかからないように注意深く制御する必要があり、歪みや亀裂が生じる可能性がある。レンガの乾燥速度は、少なくとも温度、湿度、及び空気の動きを調整することで制御される。ファンによって制御される空気の動きは、製品の周囲に空気を均一に分散させ、飽和空気を取り除くために使用される。

焼成収縮は、レンガの製造工程のガラス化段階で発生する。これは、粒子が融合に近づくにつれて粒子のサイズが小さくなり、ガラス状のマトリックス内で粒子がより近く配置されるためである。レンガを焼成する目的は、比較的弱い乾燥粘土を強くて耐久性のあるレンガに変えることである。レンガの焼成は、使用する粘土の種類、製造方法、使用する窯の種類、及び製品の種類が大きく異なるため、複雑な課題である。焼成工程に際して反応は粘土体内で起こり、そのいくつかは未焼成の本体を変換し、焼成特性を発揮する。焼成による粘土体への影響としては、収縮、重量損失、強度の増加、及び色の変化などが挙げられる。

ＵＳ４１１２０３３ ＣＮ１０３３０４２１７

Ｄａｎｉｓｈ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｅｕｒｏｎｏｒｍ（ＤＳ－ＥＮ）４５０－１ Ｓｉｇｖａｒｄｓｅｎ ａｎｄ Ｏｔｔｏｓｅｎ（２０１６年）、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ６ｔｈ Ｉｎｔ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｗａｓｔｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｔｈｅ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ（ＶＭ２０１６）

安価で、建築材料の品質、例えば強度、リサイクルに対する非毒性などを損なうことのない添加剤及びフィラーを含む、経済的な建築材料を提供する必要がある。また、１又は複数の酵素の添加による都市固形廃棄物（ＭＳＷ）の有機画分の液化を含むＭＳＷプロセスからの廃棄物に由来する消化物をリサイクルするための、持続可能な解決策を提供する必要がある。

第１の態様では、本発明は、以下の工程を含む、セラミック建築材料などの建築材料の製造方法を提供する：
－粘土及び／又は砂と、１又は複数の酵素の添加による都市固形廃棄物（ＭＳＷ）の有機画分の液化を含むＭＳＷプロセスから得られた消化物とを混合する工程、
－任意選択で前記混合物の含水量を調整する工程、
－前記混合物を成形する工程、
－成形された混合物を乾燥させる工程、及び
－任意選択で成形された混合物を焼成して、
セラミック建築材料などの前記建築材料を形成する工程。

第２の態様では、本発明は、本発明による方法によって製造されることを特徴とする建築材料を提供する。

意外なことに、原料が、１又は複数の酵素の添加による都市固形廃棄物（ＭＳＷ）の有機画分の液化を含むＭＳＷプロセスから得られた消化物を、乾燥重量基準で総量の最大３０ｗ／ｗ％含む方法で製造された建築材料が良好な特性を示し、自然のままの粘土資源を節約しながら該消化物をリサイクルするための持続可能な実用性を提供することがわかった。

一実施形態では、建築材料は、原料が、１又は複数の酵素の添加による都市固形廃棄物（ＭＳＷ）の有機画分の液化を含むＭＳＷプロセスから得られた消化物を乾燥重量基準で総量の１ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％含む方法で製造される。

いくつかの実施形態では、セラミック建築材料、例えばレンガに対する着色効果を、消化物を原料として使用する場合は回避することができる。消化物はさらに驚くべきことに、セラミック建築材料を製造する場合、少なくとも変色がない、収縮が少ない、及び／又はより高い最終多孔率の提供に関して原料として下水汚泥よりも優れていることがわかった。

別の実施形態では、建築材料は、レンガ、軽量骨材、タイル、床タイル、屋根タイル、壁タイル、排水管、下水管、ダクト、野外排水管、粘土ブロック、及び舗装材からなる群から選択される。

別の実施形態では、建築材料はモルタル、コンクリート又はセメントである。コンクリートでは、消化物は、フィラーとして、及び／又はポゾラン特性を有すること、すなわち硬化コンクリートの強度を高めることの両方として役立つために有益であることが見出された。さらに消化物は、下水汚泥の灰の添加で一般的に見られるような悪影響を、コンクリートの硬化時間に与えなかった。

本発明の目的は、従来技術の欠点を解決することである。特に、本発明の目的は、セラミック建築材料などの建築材料の原料として消化物を使用することにより、建築材料に深刻な着色効果又は深刻な収縮効果をもたらすことなく廃棄物成分をリサイクルすることである。好ましい実施形態では、レンガなどのセラミック建築材料について、深刻な着色効果は観察されない。本発明による消化物灰を含むコンクリート材料は、いくつかの実施形態では、赤みを帯びた色を有する。

固形消化物（ＳＤ）及び乾燥消化物（ＤＤ）の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）分析である；ａ）２００倍に拡大したＳＤ、ｂ）１５００倍に拡大したＳＤ、ｃ）２００倍に拡大したＤＤ、及びｄ）１５００倍に拡大したＤＤ。 乾燥消化物（ＤＤ）のＸ線回折（ＸＲＤ）図である。Ｋ－カオリナイト（Ａｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_５（ＯＨ）_４）、Ｑ－石英（ＳｉＯ_２）、Ｃ－方解石（ＣａＣＯ_３）、及びＲ－ルチル（ＴｉＯ_２）。 ＤＤのＴＧＡ結果である（ＤＳＣ＝示差走査熱量測定、ＴＧＡ＝熱重量分析、ＤＴＧ＝微分熱重量分析）。 下水汚泥消化物（ＳＳ）のＴＧＡ結果である（ＤＳＣ＝示差走査熱量測定、ＴＧＡ＝熱重量分析、ＤＴＧ＝微分熱重量分析）。 固形消化物（ＳＤ）及び乾燥消化物（ＤＤ）（３０秒間粉砕）の粒径分布である。 消化物灰（ＤＡ）及び石炭フライアッシュ（ＣＦＡ）の粒径分布である。 ＤＡのＳＥＭ分析である：ａ）２００倍に拡大したＤＡ、及びｂ）１５００倍に拡大したＤＡ。 黄色レンガ粘土（ＹＢＣ）を乾燥消化物（ＤＤ）（３０秒間粉砕）で０～３０％置き換えたレンガディスクのＸ線回折（ＸＲＤ）図である。Ｑ－石英（ＳｉＯ_２）、Ｐｆ－斜長石（ＮａＡｌＳｉ_３Ｏ_８－ＣａＡｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８）、及びＭ－微斜長石（ＫＡｌＳｉ_３Ｏ_８）。 １つの図に表示された、ＹＢＣを乾燥消化物（ＤＤ）で０～３０％置き換えたレンガディスクのＸ線回折（ＸＲＤ）図である。 水と結合材の比ｗ／ｂ＝０．５を有する混合物の硬化過程である。 水と結合材との変動比ｗ／ｂ＝Ｖを有する混合物、及びセメント置き換え０％でｗ／ｂ＝０．５（０％Ｃ０．５）の硬化過程である。 経験的及び理論的な圧縮強度（活動係数＝０．５、ボロミーの公式に従って計算）である。 セメントの２５％を置き換えたモルタル供試体の、硬化の２８日及び９０日における正規化された圧縮強度である。 球形ＬＷＡ（軽量骨材）の直径である。 ＬＷＡ（軽量骨材）の焼成された球の多孔率である。

第１の態様では、本発明は、以下の工程を含む、セラミック建築材料などの建築材料の製造方法を提供する：
－粘土及び／又は砂と、１又は複数の酵素の添加による都市固形廃棄物（ＭＳＷ）の有機画分の液化を含むＭＳＷプロセスからの消化物とを混合する工程、
－オプションで前記混合物の含水量を調整する工程、
－前記混合物を成形する工程、
－成形された混合物を乾燥させる工程、及び、
－オプションで成形された混合物を焼成する工程、
を含み、
セラミック建築材料などの建築材料を形成する。

混合物の含水量の調整は、水及び／又は画分を含む水の添加であり得る。又は、含水量の調整は、蒸発などによる水の除去であり得る。

１又は複数の酵素の添加によるＭＳＷの有機画分の液化を含むＭＳＷプロセスからの消化物。

本明細書で使用される「消化物」という用語は、嫌気性消化から得られた残余画分を意味することを意図している。消化物という用語には、嫌気性消化から直接得られた残余画分が含まれるが、脱水消化物及び乾燥消化物、並びに消化物灰も含まれる。

「１又は複数の酵素の添加による都市固形廃棄物（ＭＳＷ）の有機画分の液化を含むＭＳＷプロセスからの消化物」という用語は、ＭＳＷプロセスから得られた生分解性成分のスラリーの嫌気性消化から得られた残余画分を意味することを意図しており、そのプロセスでは、乳酸菌を含む微生物及び１又は複数の添加酵素がＭＳＷ内の生分解性材料を液化するために活性な条件下でＭＳＷがリアクター内で発酵される。したがって、消化物という用語は、嫌気性消化物から直接得られた消化物、並びに脱水消化物及び乾燥消化物及び消化物灰、又はこれらの生成物の任意の組み合わせを含む。

一実施形態では、ＭＳＷは分別されたＭＳＷ、すなわち、金属及び／又はプラスチック製品などの非生分解性材料が除去されているものである。別のより好ましい実施形態では、ＭＳＷは無分別であり、したがって生分解のためにリアクターに入り、続いて分離が行われ、嫌気性消化を受けてバイオメタン及び消化物を形成する生分解性成分（しばしばバイオリキッドと呼ばれる）のスラリーが得られる。

ＭＳＷは通常本質的に異成分から成る。１又は複数の酵素の添加によるＭＳＷの有機画分の液化を含むＭＳＷプロセスに供給されるＭＳＷは、セルロース、植物、動物、プラスチック、金属、及びガラス廃棄物の任意の混合物を含む都市で一般的に利用可能な廃棄物画分である。したがって、ＭＳＷには、限定するものではないが、以下が含まれる：
中央分別、細断、Ｄｅｗａｓｔｅｒ（登録商標）又はｒｅＣｕｌｔｕｒｅ（登録商標）などのパルプ化装置でオプションで処理された通常の自治体の収集システムで収集されたゴミ；有機画分と紙に富む画分の両方を含む、家庭で分別された固形廃棄物；レストラン産業、食品加工産業、一般産業などの産業に由来する廃棄物画分；製紙産業からの廃棄物画分；リサイクル施設からの廃棄物画分；食品又は飼料産業からの廃棄物画分；医療業界からの廃棄物画分；農業又は農業関連セクターに由来する廃棄物画分；砂糖又はデンプンが豊富な製品の処理からの廃棄物画分；食品や飼料の目的で利用できない穀物、ジャガイモ及びビートなどの汚染された、又は他の方法で腐敗した農産物；庭のごみ。少なくとも家庭廃棄物の場合、組成には季節的及び地理的な変動がある。

いくつか実施形態では、ＭＳＷは「無分別」廃棄物として処理される。本明細書で使用される「無分別」という用語は、生物起源物質がプラスチック及び／又は他の非生物起源物質と実質的に分離されていないような、ＭＳＷが実質的に別々の画分に分別されていないプロセスを指す。本明細書で使用する場合、「生物起源」という用語は、生分解性であり、生物に由来する物質を含む物質を指す。廃棄物は、一部の大きな物体又は金属物体の除去にもかかわらず、並びにプラスチック及び／又は他の非生物起源物質のいくらかの分離にもかかわらず、本明細書で使用される場合「無分別」の場合がある。本明細書で使用される「無分別廃棄物」（又は無分別ＭＳＷ」）という用語は、乾燥重量の１５重量％以上が非生物起源物質である、生物起源及び非生物起源の物質の混合物を含む廃棄物を指す。

通常、無分別ＭＳＷには、食品及び台所の廃棄物、紙及び／又は段ボールを含む物質、食品廃棄物などを含む生物起源廃棄物；ガラス、ボトル、缶、金属、及び特定のプラスチックを含むリサイクル可能物質；それ自体は実質的にリサイクル可能ではないが、廃棄物燃料の形で熱量を得ることができる他の可燃性物質；並びにセラミック、岩石、及びさまざまな形の残骸を含む不活性物質が含まれる。

いくつかの実施形態では、ＭＳＷは「分別」廃棄物として処理することができる。本明細書で使用される「分別」という用語は、生物起源物質がプラスチック及び／又は他の非生物起源物質から実質的に分離されるように、ＭＳＷが実質的に別々の画分に分画されるプロセスを指す。本明細書で使用される「分別廃棄物」（又は「分別ＭＳＷ」）という用語は、乾燥重量の１５重量％未満が非生物起源物質である廃棄物を指す。いくつかの実施形態では、ＭＳＷは、主に果物、野菜、及び／又は動物の廃棄物を含む発生源分別有機廃棄物であり得る。家庭が異なる廃棄物を別々に処分する発生源分別を含む、さまざまな異なる分別システムを無分別のＭＳＷに適用することができる。又は、産業用分別システムを使用することができる。

いくつかの実施形態では、廃棄物は軽く分別されていても、やはり本明細書で使用される「無分別」の廃棄物画分を依然として生成し得る。いくつかの実施形態では、乾燥重量の１５重量％超が非生物起源物質である、又は１８％超、又は２０％超、又は２１％超、又は２２％超、又は２３％超、又は２４％超、又は２５％超が非生物起源物質である無分別ＭＳＷが使用される。

本発明の実施方法では、ＭＳＷの含水量は、ＭＳＷが１０～５０重量％、又はいくつかの実施形態では１２～４０％、又は１３～３５％、又は１４～３０％、又は１５～２５％の非水含有物を含むように調整される。いくつかの実施形態では、水が直接添加されたかどうかに関係なく、ＭＳＷが適切な非水含有物を含む場合、本明細書で使用されるように含水量は「調整」されたと見なされる。ＭＳＷは通常、かなりの含水量を含んでいる。本明細書で使用されるように、ＭＳＷを構成する他のすべての固形物は「非水含有物」と呼ばれる。本発明の方法の実施で使用される含水量のレベルは、いくつかの相互に関連する変数に関係する。本発明の方法は、典型的には生物起源のスラリーを生成する。容易に理解されるように、スラリーが、主に生物起源物質を含むが、非生物起源の汚染物質も含み得る場合、スラリーは生物起源である。スラリーは、未溶解の固形物の実質的な含有量とは関係なく、ポンプ輸送可能である限り本明細書で使用される場合「液体」である。

当業者によって容易に理解されるように、固形成分を液体スラリーにする能力は、含水量が増加するにつれて増加する。一部の国では、ＭＳＷのかなりの部分を構成する紙及び段ボールの効果的なパルプ化は、通常、含水量が増加すると改善される。含水量は、微生物製剤が増殖し、代謝産物を溶解する媒体を提供する。さらに、当技術分野で周知のように、酵素活性は、含水量が低い条件下で加水分解を行うと、活性の低下を示す可能性がある。例えば、セルラーゼは、典型的には、約１０重量％より高い非水含有物を有する加水分解混合物において活性の低下を示す。紙及び段ボールを分解するセルラーゼの場合、基質濃度と基質１グラムあたりの酵素反応からの収量との間には、有効な線形の逆相関が報告されている。

いくつかの実施形態では、適切な非水含有量を達成するために、含水部が正常に廃棄物に加えられなければならない。

当業者は、含水量を調整する際に廃棄物に添加する場合、適切な含水量を容易に決定することができると思われる。通常、実際の問題として、処理されるＭＳＷの組成の多少のばらつきとは関係なく、比較的一定の質量比の水（水溶液を含む）、いくつかの実施形態では、ＭＳＷ１ｋｇ当たり０．８～１．８ｋｇの水、又はＭＳＷ１ｋｇ当たり０．５～２．５ｋｇの水、又はＭＳＷ１ｋｇあたり１．０～３．０ｋｇの水を添加すると都合がよい。その結果、処理中のＭＳＷの実際の非水含有量は、適切な範囲内で変動し得る。

様々な異なる微生物発酵リアクターを使用することができる。いくつかの実施形態では、ＷＯ２０１１／０３２５５７に記載されているものと同様のリアクターを使用することができる。ＷＯ２０１１／０３２５５７は、参照によりその全体が本特許出願に組み込まれる。

撹拌は、さまざまな異なる手段によって達成され得る。撹拌は、微生物発酵自体を促進するだけでなく、生きた微生物によって添加され、さらに提供される１又は複数の酵素によって触媒される加水分解も促進するので有利である。

リアクター中の最適な微生物及び酵素の活性のために、温度は、３５℃～７５℃、例えば、４０℃～５５℃、又は４５℃～５０℃である。一実施形態では、ＭＳＷ分解プロセスは、７５℃未満、例えば、５５℃未満で行われる。一実施形態では、ＭＳＷ分解プロセス中のｐＨは、４．２～６．０の間である。一実施形態では、ＭＳＷ分解のためのリアクター内の滞留時間は、１～７２時間、例えば５～５０時間、例えば１０～２０時間、例えば１２～１８時間である。

発酵の過程で、乳酸菌濃度を少なくとも１．０×１０^１０ＣＦＵ（コロニー形成単位）／Ｌに達成及び維持するために、さまざまな異なる手段を使用することができる。本明細書で使用される場合、乳酸菌濃度は、非分解性固形物の分離前の発酵工程中の濃度に維持され、発酵中の生菌細胞の濃度が発酵の過程にわたって少なくとも平均１．０×１０^１０ＣＦＵ／Ｌ程度に維持される。発酵中の少なくとも平均１．０×１０^１０ＣＦＵ／Ｌは、通常、発酵の前後又はその最中に採取されたサンプルの一連の測定値によって示される。ＣＦＵ／Ｌの測定は、混合物の代表的なサンプル中に存在する全固形物１ｇあたりのＣＦＵとして表される測定値によって決定され、次いで、混合物の全固形分の重量百分率の測定による１Ｌあたりの測定値として表される。

いくつかの実施形態では、微生物由来のセルラーゼ活性は、流入ＭＳＷに適用される接種材料に含まれている特殊セルラーゼ分泌生物によって提供されてもよい。いくつかの実施形態では、微生物由来のセルラーゼ活性は、少なくとも５０ＦＰＵ／Ｌ、又は少なくとも７５ＦＰＵ／Ｌ、又は少なくとも１００ＦＰＵ／Ｌ、又は少なくとも３００ＦＰＵ／Ｌ、又は少なくとも５００ＦＰＵ／Ｌ、又は少なくとも７００ＦＰＵ／Ｌ、又は少なくとも１０００ＦＰＵ／Ｌのレベルに達し得る。いくつかの実施形態では、アミラーゼ調製物及び／又はマンナナーゼ調製物、又は他の酵素調製物を含む、単離酵素調製物を微生物発酵混合物に加えることが有利であり得る。

非分解性固形物と生分解性スラリーとの分離前の微生物発酵の期間は、微生物発酵リアクター内の平均滞留時間によって決定される。いくつかの実施形態では、分解性物質の分離前の微生物発酵におけるＭＳＷ流の平均滞留時間は、１８時間以下、又は２４時間以下、又は３６時間以下、又は４８時間以下、又は７２時間以下、又は１０時間～２４時間、又は２４時間～３６時間、又は３６時間～４８時間、又は４８時間～６０時間、又は６０時間～７２時間、又はこれらの間隔の任意の組み合わせである。

無分別のＭＳＷ流は、好ましくは連続的にリアクターに導入され、部分的に加水分解され、発酵したＭＳＷ流は、好ましくはリアクターから連続的に取り出される。しかし、いくつかの実施形態では、ＭＳＷ流は、ＭＳＷの１回の注入、その後の休止、それに続くＭＳＷのその後の注入を伴うパルス状の様式で導入されてもよい。同様に、いくつかの実施形態では、部分的に加水分解され、発酵したＭＳＷ流は、ＭＳＷの１回の排出、その後の休止、それに続くＭＳＷのその後の排出などを伴うパルス状の様式でリアクターから取り出されてもよい。

微生物発酵リアクターから取り出した後、部分的に加水分解され、発酵したＭＳＷは分離工程に供され、それによって非分解性固形物が除去され、生分解性成分のスラリーが提供される。この分離工程及びその後の処理は、さまざまな異なる方法で達成することができる。

いくつかの実施形態では、分離工程は２つの工程で達成される。最初に、バリスティックセパレータが非分解性物質の２つの流れを除去し、プラスチックバッグ及び他の一般的に形状のない材料を含む「２次元」（２Ｄ）画分、明確な形状のボトル及び容器を含む「３次元」（３Ｄ）画分、及び生分解性成分の大量の生物起源の液体スラリー（バイオリキッドと呼ばれる）を生成する。第２の工程では、２Ｄ画分をさらにスクリュープレス又は同様のデバイスで圧縮して、生物起源スラリーの収量をさらに増加させる。いくつかの実施形態では、生分解性物質をさらに回収するために、２Ｄ画分をさらに洗浄する。次に、この工程で得られた洗浄水を発酵温度に維持し、流入無分別ＭＳＷを湿らせて接種するために使用することができる。無分別ＭＳＷは、４つの生成物－バイオメタン及び消化物の生産に適した生物起源のスラリー、リサイクル用の不活性物質（ガラスと砂）、並びにＲＤＦの生成や金属、プラスチック、及び木材のリサイクルに適した無機物質の「２次元」（２Ｄ）、及び「３次元」（３Ｄ）画分の両方、を生成する生物学的分別プロセスに供される。都市部からのＭＳＷはそのままプラスチックバッグに回収される。ＭＳＷはプラントに輸送され、通常は処理されるまでサイロに保管される。ＭＳＷの特性に応じて、サイズの大きい粒子（例えば、５００ｍｍ超）を取り除くために、リアクターの前に分別工程を設置することができる。無分別ＭＳＷ流は加熱され、加熱水溶液を添加することによって非水含有量が調整される。いくつかの実施形態では、ＭＳＷの生分解性成分の迅速な分解を促進するために、単離酵素調製物によって提供されるセルラーゼ活性が加えられてもよい。いくつかの実施形態では、単離酵素調製物は、適切な非水含有量において加熱ＭＳＷに添加される。いくつかの実施形態では、単離酵素調製物は添加されず、微生物性の加水分解及び発酵が、発酵の過程で乳酸菌を少なくとも１．０×１０^１０ＣＦＵ／Ｌの生菌細胞レベルに維持することにより提供される。１又は複数の酵素を添加したＭＳＷは、ＷＯ２０１１／０３２５５７に記載されているものと同様の微生物発酵リアクターでインキュベートすることができる。ＭＳＷをリアクターに連続的に導入し、部分的に分解されたＭＳＷをリアクターから連続的に取り出しながら、一定の平均滞留時間が得られる。リアクターから取り出された部分的に分解されたＭＳＷは、その後２つの異なる分離工程に供される。最初に、分別でよく使用されるバリスティックセパレータ、例えば、２０～５０ｍｍのふるいを有するものを使用して、生物起源のスラリー流と、３Ｄ非分解性画分及び２Ｄ非分解性画分とを生成することができる。

いくつかの実施形態では、微生物発酵は、酵素加水分解と同時に達成される。酵素加水分解は、さまざまな方法で行うことができる。いくつかの実施形態では、酵素加水分解は、単離酵素調製物を使用して達成することができる。本明細書で使用する場合、「単離酵素調製物」という用語は、生物源から抽出、分泌、又は得られ、オプションで部分的又は広範囲に精製された、酵素活性を含む調製物を指す。本発明の方法を実施するために、様々な異なる酵素活性を有利に使用することができる。例えば、典型的な家庭廃棄物については、紙が乾燥重量で生物起源物質中最大の単一成分を構成するＭＳＷの組成を考慮すると、セルロース分解活性が特に有利なるであろうことは当業者には容易に明らかであると思われる。紙を含む廃棄物では、セルロースは事前に処理され、リグニンとヘミセルロースが混ざり合ったリグノセルロース系バイオマスの成分として、その自然発生から分離されている。したがって、紙を含む廃棄物は、比較的「単純な」セルラーゼ調製物を使用して有利に分解することができる。

「セルラーゼ活性」は、セルロース中の１，４－Ｂ－Ｄ－グリコシド結合の酵素加水分解を指す。細菌、真菌、又はその他の供給源から得られた単離セルラーゼ酵素調製物では、セルラーゼ活性は、通常、１，４－Ｂ－Ｄ－グリコシド結合のエンド加水分解及びエキソ加水分解をそれぞれ触媒するエンドグルカナーゼ及びエキソグルカナーゼ（セロビオヒドロラーゼとも呼ばれる）と併せて、エキソグルカナーゼ加水分解のオリゴ糖生成物を単糖に加水分解するＢ－グルコシダーゼを含む、異なる酵素活性の混合物を含む。不溶性セルロースの完全な加水分解には、通常、異なる活性間の相乗作用が必要である。

実際問題として、いくつかの実施形態では、リグノセルロース系バイオマス変換用に最適化された市販の単離セルラーゼ調製物を単に使用することが、比較的低コストで容易に利用可能なため有利であり得る。

「リグノセルロース系バイオマス変換用に最適化」という用語は、前処理されたリグノセルロース系バイオマスの発酵性糖への加水分解における、加水分解収率の向上及び／又は酵素消費の低減という特定の目的のために、酵素混合物が選択及び改変される製品開発工程を指す。

ただし、リグノセルロース系バイオマスの加水分解用に最適化された市販のセルラーゼ混合物には、通常、高レベルの追加の特殊酵素活性が含まれている。

より単純な単離セルラーゼ調製物もまた、本発明の方法を実施するために効果的に使用することができる。適切なセルラーゼ調製物は、好気性及び嫌気性細菌、白色腐朽菌、軟腐菌及び嫌気性カビを含む、様々な微生物から当技術分野で周知の方法によって得ることができる。

セルラーゼ活性に加えて、本発明の実施方法において有利であると証明できるいくつかの追加の酵素活性としては、プロテアーゼ、グルコアミラーゼ、エンドアミラーゼ、プロテアーゼ、ペクチンエステラーゼ、ペクチンリアーゼ、及びリパーゼなどの食品廃棄物に作用する酵素、並びにキシラナーゼ及びキシロシダーゼなどの庭ごみに作用する酵素が挙げられる。いくつかの実施形態では、ラミナラーゼ、ケタチナーゼ及び／又はラッカーゼなどの他の酵素活性を含めることが有利であり得る。

セルラーゼ活性を用いた酵素加水分解は、通常、セルロース系物質を糖化（ｓａｃｃｈａｒｔｉｆｙ）する。したがって、酵素加水分解の間、固形廃棄物は糖化及び液化の両方がなされ、すなわち、固形から液体スラリーに変換される。

いくつかの実施形態では、非分解性固形物から残留有機物質を回収するために使用される洗浄水又はプロセス溶液の連続的なリサイクルによって、ＭＳＷに天然の細菌を接種することができる。

いくつかの実施形態では、消化物は、都市固形廃棄物（ＭＳＷ）を以下の工程を含む方法で処理することによって生成される
（ｉ）．５～４０％の非水含有量で、３５～７５℃の範囲内の温度において１又は複数の酵素を添加したＭＳＷを提供する工程、
（ｉｉ）．ＭＳＷの生分解性部分を３５℃～７５℃の範囲内の温度で微生物発酵及び酵素加水分解に供し、廃棄物の生分解性部分の部分的液化及び微生物代謝産物の蓄積を得る工程、次いで、
（ｉｉｉ）．非生分解性固形物から廃棄物の液化生分解性部分を分別して、少なくとも２５重量％が酢酸塩、酪酸塩、エタノール、ギ酸塩、乳酸塩及び／又はプロピオン酸塩の任意の組み合わせを含む溶解揮発性固形物を含むことを特徴とする生分解性スラリーを精製する工程、次いで、
（ｉｖ）．バイオリキッドを嫌気性消化して、バイオメタン及び消化物を生成する工程。

得られた生分解性スラリーの組成的特徴に関する詳細を含むＭＳＷを分解する方法の実施形態に関する前述の詳細な議論は、バイオメタン及び消化物を提供するために適用され得る。いくつかの実施形態では、生分解性スラリーの組成的特徴に関する詳細はいずれも、微生物発酵に供される無分別ＭＳＷが非分解性固形物の分離に供されて生分解性スラリーを生成する工程により得ることができ、次いでスラリーは３５～７５℃、又は４０～５５℃、又は４５～５０℃の範囲の温度で、４．２～６．０の範囲のｐＨにおいて１～７２時間連続発酵に供される。いくつかの実施形態では、この連続発酵は、ふるい又は他のシステムによって回収された、技術的には最初に回収された生分解性スラリーの一部ではなかった生分解性物質を前記スラリーに添加できることで補足される。

嫌気性消化に従事する微生物群集の代謝動態は複雑である。メタンバイオガスの生産のための典型的な嫌気性消化（ＡＤ）では、微生物によって媒介される生物学的過程により、４つの主要な工程－生物学的高分子の構成モノマー又は他の代謝産物への加水分解；短鎖炭化水素酸及びアルコールが生成される酸生成；利用可能な栄養が酢酸、水素及び二酸化炭素へ異化される酢酸生成；並びに酢酸及び水素が特殊な古細菌によりメタン及び二酸化炭素へ異化されるメタン生成；が達成される。加水分解工程は、典型的には律速である。したがって、バイオメタン生産のための基質を調製する際に、これらが何らかの形態の前処理によって予め加水分解されていることが有利である。いくつかの実施形態において、本発明の方法は、最終的なバイオメタン生成のための迅速な生物学的前処理として、及び他の無分別ＭＳＷから分解性有機成分を分別する方法の両方として、微生物発酵をＭＳＷの酵素加水分解と組み合わせる。

他の方法とは対照的に、本明細書に記載されるＭＳＷ分解プロセスは、典型的には、少なくとも４０％の溶解揮発性固形物を含むリキッドバイオメタン基質を生成する。

２段階の嫌気性消化システムも報告されており、当該システムでは、第１段階の工程で、ＭＳＷの発生源分別された有機成分を含むバイオメタン基質、及び他の特殊生物起源基質を加水分解する。第１の嫌気性段階は通常は好熱性であり、高鎖ポリマーが分解され、揮発性脂肪酸が生成される。これに続いて、メタン生成と酢酸生成が支配する、物理的に分離したリアクターで行われる第２段階の嫌気性段階が行われる。報告されている２段階の嫌気性消化システムでは、発生源分別された特殊生物起源の基質を総固形分１０％程の高いレベルで利用する新しいいくつかの２段階ＡＤシステムが報告されているが、通常は、発生源分別された特殊生物起源基質が全固形物７％未満で利用される。確かに、報告されている２段階嫌気性消化システムでは、無分別ＭＳＷを基質として使用することを企図するものはなく、ましてや高固形分リキッドバイオメタン基質を生成するためのものはない。２段階嫌気性消化は、固形物基質の変換、第１段階のリアクターへの追加の固形物の連続的供給及び第１段階リアクターからの揮発性脂肪酸の連続取り出しをしようとしている。

いくつかの実施形態では、バイオメタン及び消化物を生成する方法は、以下の工程を含む
（ｉ）．少なくとも４０重量％の非水含有物が溶解揮発性固形物として存在し、当該溶解揮発性固形物が酢酸塩、酪酸塩、エタノール、ギ酸塩、乳酸塩及び／又はプロピオン酸塩の任意の組み合わせを少なくとも２５重量％含むように、微生物発酵によって前処理されたリキッドバイオメタン基質を提供する工程、
（ｉｉ）．液体基質を嫌気性消化システムに移行させる工程、次いで、
（ｉｉｉ）．液体基質の嫌気性消化を実施して、バイオメタンと消化物を生成する工程。

いくつかの実施形態では、ＭＳＷ分解プロセスは、微生物発酵および下記を特徴とする都市固形廃棄物（ＭＳＷ）への１又は複数の添加酵素による加水分解によって生成されたリキッドバイオメタン基質を提供する、あるいは、下記を特徴とするＭＳＷを酵素加水分解するための１つ又は複数の酵素を添加し、ＭＳＷを微生物発酵することを含むことによって生成されたリキッドバイオメタン基質を提供する：
－少なくとも４０重量％の非水含有物が溶解揮発性固形物として存在し、当該溶解揮発性固形物が酢酸塩、酪酸塩、エタノール、ギ酸塩、乳酸塩及び／又はプロピオン酸塩の任意の組み合わせを少なくとも２５重量％含む。

いくつかの実施形態では、ＭＳＷ分解プロセスは、下記を特徴とする都市固形廃棄物（ＭＳＷ）の微生物発酵及び酵素加水分解によって生成される有機リキッドバイオガス基質を提供する：
－少なくとも４０重量％の非水含有物が溶解揮発性固形物として存在し、当該溶解揮発性固形物が酢酸塩、酪酸塩、エタノール、ギ酸塩、乳酸塩及び／又はプロピオン酸塩の任意の組み合わせを少なくとも２５重量％含む。

いくつかの実施形態では、ＭＳＷ分解プロセスは、下記の工程を含むバイオガス及び消化物を生成する方法を提供する、
（ｉ）．少なくとも４０重量％の非水含有物が溶解揮発性固形物として存在し、当該溶解揮発性固形物が酢酸塩、酪酸塩、エタノール、ギ酸塩、乳酸塩及び／又はプロピオン酸塩の任意の組み合わせを少なくとも２５重量％含むように、微生物発酵によって前処理されたリキッドバイオガス基質を提供する工程、
（ｉｉ）．液体基質を嫌気性消化システムに移行させる工程、次いで、
（ｉｉｉ）．液体基質の嫌気性消化を実施して、バイオメタンと消化物を生成する工程。

本明細書で使用する場合、「嫌気性消化システム」という用語は、システムを構成する各リアクターでメタンガスが生成される制御された通気条件下で操作される、１又は複数のリアクターを含む発酵システムを指す。メタンガスは、「嫌気性消化システム」内の発酵混合物の水相で代謝的に生成された溶存メタンの濃度が使用される条件において飽和し且つメタンガスが当該システムから排出される程度に生成される。

いくつかの実施形態では、「嫌気性消化システム」は、固定フィルターシステムである。「固定フィルター嫌気性消化システム」は、嫌気性消化コンソーシアムが、オプションでバイオフィルム内で、物理的支持マトリックス上に固定化されているシステムを指す。

一実施形態では、「嫌気性消化システム」は、ＷＯ２０１６／０５０８９３に記載のような、担体マトリックス上に固定化されたメタン生成バイオフィルムなどのバイオフィルムを含むインサートを備えたリアクターである。特定の実施形態では、「嫌気性消化システム」は、少なくとも２つの開放区画を画定する１又は複数のバッフルを含むインサートを備え、前記１または複数のバッフルは１又は複数の開放端を含み、それによりタンクリアクターに挿入されたとき、及びタンクリアクターが動作中、１つ又は複数の開放端が、アンダーフロー又はオーバーフロー開口部を画定し、それにより、流体は前記アンダーフロー又はオーバーフロー開口部を横切って上向き又は下向きに流れるようになる。

別の実施形態では、「嫌気性消化システム」は、ＷＯ２０１７／１７４０９３に記載のような、担体マトリックス上に固定化されたメタン生成バイオフィルムなどのバイオフィルムを含むインサートを備えたリアクターである。特定の実施形態では、「嫌気性消化システム」は、インサートを備え、インサートは、長手方向延長部を有し、流体非浸透性材料から作られ、各端に開口部を有する外側管状構造であって、開口部の間に延在する外側管状構造の内側に流路を形成する開放区画を画定する外側管状構造と、外側管状構造の内側に配置された１又は複数の流体浸透性バイオフィルム担体と、を含み、それにより、インサートがタンクリアクターに配置されていた場合、及び前記タンクリアクターが動作している場合、インサート内部の流体のプラグ流れの方向は、インサートの長手方向である。

ＷＯ２０１６／０５０８９３及びＷＯ２０１７／１７４０９３は、参照によりその全体が本特許出願に組み込まれる。

いくつかの実施形態では、リキッドバイオメタン基質は、少なくとも８重量％の全固形物、又は少なくとも９％の全固形物、又は少なくとも１０％の全固形物、又は少なくとも１１％の全固形物、又は少なくとも１２％の全固形物、又は少なくとも１３％の全固形物を含む。本明細書で使用される「全固形物」は、可溶性及び不溶性固形物の両方を指し、事実上「非水含有物」を意味する。全固形物は、一定の重量が得られるまで６０℃で乾燥して測定する。

いくつかの実施形態では、ＭＳＷの微生物発酵は、メタン生成菌によるメタン生成を妨げる条件下で、例えば、ｐＨ６．０以下、又はｐＨ５．８未満、又はｐＨ５．６未満、又はｐＨ５．５未満で行われる。いくつかの実施形態では、リキッドバイオメタン基質は、飽和濃度未満の溶解メタンを含む。いくつかの実施形態では、リキッドバイオメタン基質は、１５ｍｇ／Ｌ未満の溶解メタン、又は１０ｍｇ／Ｌ未満、又は５ｍｇ／Ｌ未満の溶解メタンを含む。いくつかの実施形態では、嫌気性消化してバイオメタン及び消化物を生成する前に、溶解揮発性固形物の１又は複数の成分を、蒸留、濾過、電気透析、特異的結合、沈殿又は当技術分野で周知の他の手段によってリキッドバイオメタン基質から除去することができる。いくつかの実施形態では、嫌気性消化してバイオメタン及び消化物を生成する前に、エタノール又は乳酸をリキッドバイオメタン基質から除去することができる。

いくつかの実施形態では、前処理されたリグノセルロース系バイオマスからのＭＳＷ又は繊維画分などの固形物基質は、１又は複数の添加酵素による酵素加水分解と同時に微生物発酵に供され、微生物発酵によって前処理された、溶解揮発性固形物として少なくとも４０重量％の非水含有物が存在し、当該溶解揮発性固形物が少なくとも２５重量％の酢酸塩、酪酸塩、エタノール、ギ酸塩、乳酸塩及び／又はプロピオン酸塩の任意の組み合わせを含むリキッドバイオメタン基質が生成される。いくつかの実施形態では、上記の特性を有するリキッドバイオメタン基質は、オートクレーブ処理によって無分別ＭＳＷから得られた液化有機物質の酵素加水分解及び微生物発酵を同時に行うことによって生成される。いくつかの実施形態では、前処理されたリグノセルロース系バイオマスは、１又は複数の酵素が添加されて、オプションでＭＳＷ由来バイオリキッドからの酵素活性がリグノセルロース基質の加水分解のための酵素活性を提供するような様式で酵素加水分解され且つ微生物発酵されたＭＳＷと混合され、ＭＳＷと前処理されたリグノセルロース系バイオマスとの両方に由来する複合リキッドバイオメタン基質を生成することができる。

建築材料
レンガ、タイル、及び軽量骨材（ＬＷＡ）などの建築材料は、主に粘土及び／又は砂から、原料とオプションで水とを適切な配合比に混合して、建築材料に製造される物品の成形を可能にする工程により製造される。乾燥期間の後、成形品は、好ましくは、所望の建築材料が形成されるまで温度を上昇させる工程で焼成（又は燃焼）され、冷却することができる。

一実施形態では、建築材料は、レンガ、軽量骨材、タイル、床タイル、屋根タイル、壁タイル、排水管、下水管、ダクト、野外排水管、粘土ブロック、及び舗装材からなる群から選択される。別の実施形態では、建築材料は、消化物を含むコンクリート添加剤、コンクリート、セメント及び／又はモルタルである。

１又は複数の酵素の添加による都市固形廃棄物（ＭＳＷ）の有機画分の液化を含むＭＳＷプロセスからの消化物（消化物）は、混合前に、ＭＳＷ処理の嫌気性消化から直接得られた消化物、すなわち、高含水物（未処理消化物と呼ばれ、ＲＤと略す）として、又は同じプロセスから得られた脱水消化物（固形消化物、ＳＤと略す）としてのいずれかで粘土に加えられても、又は乾燥消化物（ＤＤと略す）として乾燥されてもよい。消化物は、水と有機物が除去された消化物灰（ＤＡと略される）であっても、又は直接得られた消化物、脱水消化物、乾燥消化物及び／又は消化物灰の混合物であってもよい。好ましくは、脱水消化物は、セラミック建築材料などの建築材料の製造方法で使用される。脱水消化物は、粘土と混合してセラミック製品を形成する場合、適切な水分量を提供する。さらに、驚くべきことに、未乾燥消化物は粘土と同様の優れた特性を示し、未乾燥消化物はレンガの密度及び強度を改善する可能性がある粒径分布（より小さな粒子）をもたらすことがわかった。

一実施形態では、消化物は、少なくとも１０ｗ／ｗ％、少なくとも１５ｗ／ｗ％、少なくとも２０ｗ／ｗ％、少なくとも２５ｗ／ｗ％、又は少なくとも３０ｗ／ｗ％の含水率を有する。別の実施形態では、消化物は、約５５ｗ／ｗ％～約８５ｗ／ｗ％、又は約６５ｗ／ｗ％～約７５ｗ／ｗ％の範囲の含水率を有する。別の実施形態では、消化物は、乾燥重量基準で約４５ｗ／ｗ％～約７５ｗ／ｗ％の範囲、又は乾燥重量基準で約５０ｗ／ｗ％～約７０ｗ／ｗ％の範囲の又は乾燥重量基準で約６０ｗ／ｗ％の有機物含有量を有する。さらに別の実施形態では、消化物は、乾燥重量基準で約２５ｗ／ｗ％～約５５ｗ／ｗ％の範囲、又は乾燥重量基準で約３０ｗ／ｗ％～約５０ｗ／ｗ％の範囲、又は乾燥重量基準で約４０ｗ／ｗ％の無機物含有量を有する。

下水汚泥は一般にコンクリートへの添加剤としては適さないと思われるが、消化物はコンクリート添加剤として使用することができる。理論に拘束されることを望むものではないが、この違いは、下水汚泥と比較して、消化物中のリン（ｐｈｏｓｐｈｏｒ）含有量が低いことに関連している可能性がある。リン（ｐｈｏｓｐｈｏｒ）含有量が低いほど、通常、コンクリートの硬化時間に影響を及ぼさない。また、消化物灰（ＤＡ）は、コンクリート中でポゾラン特性を示し、この特性は、それ自体はセメント系価値がほとんどないか、又は全くないが、水分の存在下で細かく分割された形態では、常温で水酸化カルシウムと化学反応し、セメント系の性質を保有する化合物を形成する珪質材料およびアルミナ質材料により提供され得ることがわかっている。

別の実施形態では、消化物灰は、一次燃焼及び／又は熱分解若しくはガス化などの他の熱工程によって得られている。

さらに別の実施形態では、セメント及びコンクリートベースの建築材料を製造するための方法は、通常、以下の工程を含む従来のセメント製造の工程を含む：
－石灰岩、粘土、頁岩、及び／又は砂などの原料を混合して細かく粉砕する工程
－約１５００℃までの温度で焼成する工程
－不燃性画分がセメントクリンカー製品に組み込まれるようになるため、オプションで、一部は燃料投入物として、一部は原料代替物として消化物を焼成する工程
－セメントクリンカーの冷却、粉砕、並びに石膏及び消化物などの潜在的な他の添加物を添加する工程。

別の態様では、本発明は、以下の工程を含むコンクリート加工方法を提供する：
－主成分のセメント、水、砂、及び石、並びに消化物などの潜在的な他の添加物を混合する工程
－混合物を成型する工程
－乾燥及び硬化（セメント結合材相の固化及び硬化）させる工程。

数に関して本明細書で使用される「約」という用語は、プラス又はマイナス５％を意味する。したがって、「約２５ｗ／ｗ％」は２３．７５ｗ／ｗ％～２６．２５％を意味する。

セラミック建築材料、例えば乾燥基準で総量の３０ｗ／ｗ％の消化物を含む原料から作られたレンガは、通常、変色の兆候を示さず、消化物を添加しない場合と比較して、レンガ又は軽量骨材の鉱物構造は、通常変化しないままである。さらに、レンガには許容可能な重金属含有量があり、市販のレンガに見出される重金属の濃度と比較して、重金属の浸出も許容可能である（Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｄ）（Ｋａｒｉｕｓ，Ｖ．ら、ｐＨ ａｎｄ ｇｒａｉｎ－ｓｉｚｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｉｎ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｔｅｓｔｓ ｗｉｔｈ ｂｒｉｃｋｓ ｍａｄｅ ｏｆ ｈａｒｂｏｕｒ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ ｂｒｉｃｋｓ．Ｓｃｉｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｏｔａｌ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ、２７８（１－３）、７３～８５頁）。

一実施形態では、建築材料は、乾燥重量基準で総量の１ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物、又は乾燥重量基準で５ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物、又は乾燥重量基準で１０ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物を含む原料から製造される。建築材料は、乾燥重量基準で総量の１ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物、例えば乾燥重量基準で１ｗ／ｗ％～２ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１ｗ／ｗ％～５ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１ｗ／ｗ％～１０ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１０ｗ／ｗ％～１５ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１５ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で２０ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物、例えば乾燥重量基準で２ｗ／ｗ％～４ｗ／ｗ％の消化物、例えば乾燥重量基準で４ｗ／ｗ％～６ｗ／ｗ％の消化物、例えば乾燥重量基準で６ｗ／ｗ％～８ｗ／ｗ％の消化物、例えば、乾燥重量基準で８ｗ／ｗ％～１０ｗ／ｗ％の消化物、例えば、乾燥重量基準で１０ｗ／ｗ％～１２ｗ／ｗ％の消化物、例えば乾燥重量基準で１２ｗ／ｗ％～１４ｗ／ｗ％の消化物、例えば、乾燥重量基準で１４ｗ／ｗ％～１６ｗ／ｗ％の消化物、例えば乾燥重量基準で１６ｗ／ｗ％～１８ｗ／ｗ％の消化物、例えば、乾燥重量基準で１８ｗ／ｗ％～２０ｗ／ｗ％の消化物、例えば乾燥重量基準で２０ｗ／ｗ％～２２ｗ／ｗ％の消化物、例えば乾燥重量基準で２２ｗ／ｗ％～２４ｗ／ｗ％の消化物、例えば乾燥重量基準で２４ｗ／ｗ％～２６ｗ／ｗ％の消化物、例えば、乾燥重量基準で２６ｗ／ｗ％～２８ｗ／ｗ％の消化物、例えば乾燥重量基準で２８ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物、又はこれらの範囲の任意の組み合わせを含む原料から製造されることが好ましい。

別の実施形態では、建築材料は、乾燥重量基準で総量の少なくとも１ｗ／ｗ％の消化物灰、乾燥重量基準で少なくとも１０ｗ／ｗ％の消化物灰、乾燥重量基準で少なくとも２０ｗ／ｗ％の消化物灰、乾燥重量基準で少なくとも５０ｗ／ｗ％の消化物灰、乾燥重量基準で少なくとも７５ｗ／ｗ％の消化物灰、又は乾燥重量基準で少なくとも９０ｗ／ｗ％の消化物灰を含む原料から製造される。

通常、焼成温度は徐々に、例えば、最終的な焼成温度に達するまで５℃／分で上昇する。焼成温度は、約９００℃～約１２００℃の範囲であり得る。一実施形態では、焼成温度は、約１０００℃～約１１００℃である。原料として消化物を含むレンガなどのセラミック建築材料の強度は、焼成工程（温度及び／又は時間）を最適化することにより強化することができる。

建築材料の吸水が減少し、それによって耐候性が向上し得るので、未乾燥消化物及び比較的高い焼成温度を使用することが好ましい。

軽量骨材の場合、原料として消化物を使用する本発明は、材料の多孔率を増加させ、原料として下水汚泥を使用した場合に観察される収縮を低減及び／又は排除するという利点を有する。軽量骨材の原料として消化物を使用する場合、収縮は下水汚泥で観察される収縮よりも少ない。好ましい条件下では、消化物を原料として使用しても、軽量骨材の収縮は損なわれない。消化物を含む建築材料を製造することの全体的な利点は、１又は複数の酵素の添加によるＭＳＷの有機画分の液化を含むＭＳＷ処理からの廃棄物由来の消化物をリサイクルするための持続可能な解決策を提供し、これにより潜在的なミクロ及びマクロプラスチック及び有機汚染物質（生体異物）が効率的に破壊され、建築材料構造の中で安定化されて、自然のままの原料資源が保全されることである。

以下に列挙する本発明の実施形態は、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない：
１.セラミック建築材料などの建築材料の製造方法：
－粘土及び／又は砂と、１又は複数の酵素の添加による都市固形廃棄物（ＭＳＷ）の有機画分の液化を含むＭＳＷプロセスから得られた消化物とを混合する工程、
－任意選択で前記混合物の含水量を調整する工程、
－前記混合物を成形する工程、
－成形された混合物を乾燥させる工程、及び、
－任意選択で成形された混合物を焼成する工程、を含み、
前記建築材料を形成する。

２.以下の工程を含む実施形態１に記載の方法：
－粘土と、１又は複数の酵素の添加による都市固形廃棄物（ＭＳＷ）の有機画分の液化を含むＭＳＷプロセスから得られた消化物とを混合する工程、
－任意選択で前記混合物の含水量を調整する工程、
－前記混合物を成形する工程、
－成形された混合物を乾燥させる工程、及び、
－任意選択で成形された混合物を焼成する工程、を含み、
前記建築材料を形成する。

３.前記消化物が、前記ＭＳＷプロセスによって直接得られた消化物、脱水消化物、乾燥消化物及び消化物灰からなる群から選択される、実施形態１又は２のいずれかに記載の方法。

４.前記消化物が乾燥消化物又は消化物灰である、実施形態１～３のいずれかに記載の方法。

５.前記乾燥消化物又は消化物灰が、例えば、粉砕によって砕かれる、実施形態４に記載の方法。

６.前記建築材料がレンガである、実施形態１～５のいずれかに記載の方法。

７.前記建築材料が軽量骨材である、実施形態１～５のいずれか１つに記載の方法。

８.前記建築材料が、レンガ、軽量骨材、タイル、床タイル、屋根タイル、壁タイル、排水管、下水管、ダクト、野外排水管、粘土ブロック、及び舗装材からなる群から選択される、実施形態１～５のいずれかに記載の方法。

９.前記建築材料がセメント、コンクリート、又はモルタルである、実施形態１～５のいずれかに記載の方法。

１０.前記消化物が、嫌気性消化に供されたバイオリキッドを得るために微生物処理及び酵素処理によって分解されたＭＳＷから得られる、実施形態１～９のいずれかに記載の方法。

１１.前記消化物が、少なくとも１０ｗ／ｗ％、少なくとも１５ｗ／ｗ％、少なくとも２０ｗ／ｗ％、少なくとも２５ｗ／ｗ％、又は少なくとも３０ｗ／ｗ％の含水率を有する、実施形態１～１０のいずれかに記載の方法。

１２.前記消化物が、約５０ｗ／ｗ％～約９０ｗ／ｗ％、約５５ｗ／ｗ％～約８５ｗ／ｗ％、約５０ｗ／ｗ％～約７０ｗ／ｗ％、約７０ｗ／ｗ％～約９０ｗ／ｗ％、約６５ｗ／ｗ％～約７５ｗ／ｗ％、６５ｗ／ｗ％～７５ｗ／ｗ％、又は約７０ｗ／ｗ％の範囲の含水率を有する、実施形態１～１１のいずれかに記載の方法。

１３.前記消化物が、乾燥重量基準で約４５ｗ／ｗ％～約７５ｗ／ｗ％、乾燥重量基準で約４５ｗ／ｗ％～約６０ｗ／ｗ％、又は乾燥重量基準で約５０ｗ／ｗ％～約７０ｗ／ｗ％、乾燥重量基準で約６０ｗ／ｗ％～約７５ｗ／ｗ％、乾燥重量基準で約５５ｗ／ｗ％～約６５ｗ／ｗ％の範囲、又は乾燥重量基準で約６０ｗ／ｗ％の有機物含有量を有する、実施形態１～１２のいずれかに記載の方法。

１４.前記消化物が、乾燥重量基準で約２５ｗ／ｗ％～約５５ｗ／ｗ％の範囲、乾燥重量基準で約２５ｗ／ｗ％～約４５ｗ／ｗ％の範囲、又は乾燥重量基準で約２５ｗ／ｗ％～約３５ｗ／ｗ％の範囲、乾燥重量基準で約３５ｗ／ｗ％～約５５ｗ／ｗ％の範囲、乾燥重量基準で約４５ｗ／ｗ％～約５５ｗ／ｗ％の範囲、乾燥重量基準で約３５ｗ／ｗ％～約４５ｗ／ｗ％の範囲、乾燥重量基準で約３０ｗ／ｗ％～約５０ｗ／ｗ％の範囲、又は乾燥重量基準で約４０ｗ／ｗ％の無機物含有量を有する、実施形態１～１３のいずれかに記載の方法。

１５.前記消化物が、消化物灰中に約２ｗ／ｗ％未満、約１．５ｗ／ｗ％未満、約１．０ｗ／ｗ％未満、約０．５ｗ／ｗ％未満、約０．４ｗ／ｗ％未満、約０．３ｗ／ｗ％未満、約０．２５ｗ／ｗ％未満、又は約０．２０％未満のリン（ｐｈｏｓｐｈｏｒ）（Ｐ）の含有量を有する、実施形態１～１４のいずれかに記載の方法。

１６.前記消化物が、消化物灰中に約８ｗ／ｗ％未満、約６ｗ／ｗ％未満、約５ｗ／ｗ％未満、約４ｗ／ｗ％未満、約３ｗ／ｗ％未満、約２ｗ／ｗ％未満、約１ｗ／ｗ％未満、約０．７５％未満、又は約０．５ｗ／ｗ％の鉄（Ｆｅ）の含有量を有する、実施形態１～１５のいずれかに記載の方法。

１７.原料が、乾燥重量基準で総量の１ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物、又は乾燥重量基準で５ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物、又は乾燥重量基準で１０ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物を含む、実施形態１～１６のいずれかに記載の方法。

１８.原料が、乾燥重量基準で総量の１ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１ｗ／ｗ％～２ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１ｗ／ｗ％～５ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１ｗ／ｗ％～１０ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１０ｗ／ｗ％～１５ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１５ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で２０ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で２ｗ／ｗ％～４ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で４ｗ／ｗ％～６ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で６ｗ／ｗ％～８ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で８ｗ／ｗ％～１０ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１０ｗ／ｗ％～１２ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１２ｗ／ｗ％～１４ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１４ｗ／ｗ％～１６ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１６ｗ／ｗ％～１８ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１８ｗ／ｗ％～２０ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で２０ｗ／ｗ％～２２ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で２２ｗ／ｗ％～２４ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で２４ｗ／ｗ％～２６ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で２６ｗ／ｗ％～２８ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で２８ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物、又はこれらの間隔の任意の組み合わせを含む、実施形態１～１７のいずれかに記載の方法。

１９.原料が、乾燥重量基準で総量の少なくとも１ｗ／ｗ％の消化物灰、乾燥重量基準で少なくとも１０ｗ／ｗ％の消化物灰、乾燥重量基準で少なくとも２０ｗ／ｗ％の消化物灰、乾燥重量基準で少なくとも５０ｗ／ｗ％の消化物灰、乾燥重量基準で少なくとも７５ｗ／ｗ％の消化物灰、又は乾燥重量基準で少なくとも９０ｗ／ｗ％の消化物灰を含む、実施形態１～１８のいずれかに記載の方法。

２０.前記消化物灰が、一次燃焼、又は熱分解若しくはガス化などの他の熱工程によって得られている、実施形態３～１９のいずれかに記載の方法。

２１.焼成温度が約９００℃～約１２００℃である、実施形態１～２０のいずれかに記載の方法。

２２.焼成温度が約１０００℃～約１１００℃である、実施形態１～２１のいずれかに記載の方法。

２３.前記建築材料が軽量骨材であり、焼成温度が１１００℃～１２００℃の間である、実施形態１～２２のいずれかに記載の方法。

２４.実施形態１～２３のいずれかに記載の方法によって製造されることを特徴とする建築材料。

２５.原料が、乾燥重量基準で総量の１ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物、又は乾燥重量基準で５ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物、又は乾燥重量基準で１０ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物を含む方法によって製造された、実施形態２４に記載の建築材料。

２６.原料が、乾燥重量基準で総量の１ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１ｗ／ｗ％～２ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１ｗ／ｗ％～５ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１ｗ／ｗ％～１０ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１０ｗ／ｗ％～１５ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１５ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で２０ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で２ｗ／ｗ％～４ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で４ｗ／ｗ％～６ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で６ｗ／ｗ％～８ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で８ｗ／ｗ％～１０ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１０ｗ／ｗ％～１２ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１２ｗ／ｗ％～１４ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１４ｗ／ｗ％～１６ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１６ｗ／ｗ％～１８ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で１８ｗ／ｗ％～２０ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で２０ｗ／ｗ％～２２ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で２２ｗ／ｗ％～２４ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で２４ｗ／ｗ％～２６ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で２６ｗ／ｗ％～２８ｗ／ｗ％の消化物、乾燥重量基準で２８ｗ／ｗ％～３０ｗ／ｗ％の消化物、又はこれらの間隔の任意の組み合わせを含む方法によって製造された、実施形態２５に記載の建築材料。

２７.乾燥重量基準で総量の少なくとも１ｗ／ｗ％の消化物灰、乾燥重量基準で少なくとも１０ｗ／ｗ％の消化物灰、乾燥重量基準で少なくとも２０ｗ／ｗ％の消化物灰、乾燥重量基準で少なくとも５０ｗ／ｗ％の消化物灰、乾燥重量基準で少なくとも７５ｗ／ｗ％の消化物灰、又は乾燥重量基準で少なくとも９０ｗ／ｗ％の消化物灰を含む原料から製造される、実施形態２４～２６のいずれかに記載の建築材料。

２８.レンガ、軽量骨材、タイル、床タイル、屋根タイル、壁タイル、排水管、下水管、ダクト、野外排水管、粘土ブロック、及び舗装材からなる群から選択される、実施形態２４～２７のいずれかに記載の建築材料。

２９.実施形態１～２３のいずれかに記載の方法によって製造されることを特徴とするレンガ。

３０.実施形態１～２３のいずれかに記載の方法によって製造されることを特徴とする軽量骨材。

３１.１又は複数の酵素の添加による都市固形廃棄物（ＭＳＷ）の有機画分の液化を含むＭＳＷプロセスから得られた消化物から製造されたことを特徴とする、コンクリート、コンクリート添加物、セメント又はモルタルから選択される材料。

３２.１又は複数の酵素の添加による都市固形廃棄物（ＭＳＷ）の有機画分の液化を含むＭＳＷプロセスから得られた消化物灰から製造されたことを特徴とする、コンクリート材料又はコンクリート添加物。

３３.焼成工程を含む方法によって製造され、１又は複数の酵素の添加による都市固形廃棄物（ＭＳＷ）の有機画分の液化を含むＭＳＷプロセスから得られた消化物から製造されたことを特徴とするセメント。

実施例１.消化物の準備（未処理消化物、脱水消化物、乾燥消化物、及び消化物灰）

実験室規模のセラミック材料実験のための消化物は、例えば、ＷＯ２０１４／１９８２７４及びＷＯ２０１３／１８７７８に記載のように、１又は複数の添加酵素による酵素処理、及びその後の嫌気性消化を含む実証規模のＲｅｎｅｓｃｉｅｎｃｅの方法で処理された無分別欧州都市固形廃棄物（ＭＳＷ）から調製した。

実験は、アマー資源センター（Ａｍａｇｅｒ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｃｅｎｔｅｒ）（ＡＲＣ）（Ｃｏｐｅｎｈａｇｅｎ、Ｄｅｎｍａｒｋ）のＲｅｎｅｓｃｉｅｎｃｅ実証プラントで行った。ＡＲＣ Ｒｅｎｅｓｃｉｅｎｃｅ Ｗａｓｔｅ Ｒｅｆｉｎｅｒｙのコンセプトは、ＭＳＷを４つの製品：バイオメタンの生産やその他の方法に適した生物起源スラリー（以下、バイオリキッドと呼ぶ）、リサイクル用の不活性物質（ガラス及び砂）、並びに廃棄物燃料（ＲＤＦ）及び廃棄物固形燃料（ＳＲＦ）の製造や金属、プラスチック、木材のリサイクルに適切な無機物質の「２次元」（２Ｄ）及び「３次元」（３Ｄ）画分の両方、に分別することであった。

都市部からのＭＳＷはそのままプラスチックバッグに回収された。ＭＳＷはＲｅｎｅｓｃｉｅｎｃｅ Ｗａｓｔｅ Ｒｅｆｉｎｅｒｙに輸送され、処理されるまでサイロに保管された。

この実施例で適用されているＲｅｎｅｓｃｉｅｎｃｅ技術は、３つの工程で構成されている。

第１工程は、４０～７５℃の範囲の温度に２０～６０分間、温水でＭＳＷを穏やかに加熱（前処理）することであった。この加熱及び混合期間により、プラスチックバッグが開き、分解性成分の適切なパルプ化が提供され、酵素の添加前に、より均一な有機相が調製された。加熱期間中、温度を、酵素加水分解に使用される単離酵素調製物の最適に調整した。温水は、清浄な水道水として、又は最初に洗浄ドラムで使用される洗浄水として添加され、次いで穏やかな加熱工程に再循環された。

第２工程は酵素加水分解及び発酵（液化）であった。酵素液化及び発酵は、酵素の性能に最適な温度及びｐＨで約１２～１８時間の滞留時間に連続的に行った。この加水分解及び発酵により、ＭＳＷの生物起源部分が液化されて、バイオリキッドになった。

この実施例で実施されているＲｅｎｅｓｃｉｅｎｃｅ技術の第３工程は、バイオリキッドを非分解性画分から分離する分離工程であった。分離は、バリスティックセパレータ、洗浄ドラム、及び油圧プレスで行われた。バリスティックセパレータにより、酵素処理されたＭＳＷをバイオリキッド、２Ｄの非分解性物質の画分、３Ｄの非分解性物質の画分に分離した。３Ｄ画分（缶やプラスチックボトルなどの物理的な３次元物体）は、大量のバイオリキッドを結合しなかったため、１回の洗浄工程で３Ｄ画分を十分洗浄できた。２Ｄ画分（例えば、テキスタイル及びホイル）は、かなりの量のバイオリキッドを結合した。したがって、２Ｄ画分を、スクリュープレスを使用してプレスし、洗浄して再度プレスし、バイオリキッドの回収を最適化し、「清浄」で乾燥した２Ｄ画分を取得した。砂及びガラスである不活性物質を、２つの振動ふるいを使用してさらに「微細」分離にかけることによってバイオリキッドからふるい分けし、第１の振動ふるいは８ｍｍのふるいを備え、主に非分解性汚染物質を分離した。３ｍｍのふるいを備えた第２の振動ふるいは、かなりの量の生分解性物質を含む比較的大きな繊維を分離した。

酵素を添加した廃棄物を、ＷＯ２０１１／０３２５５７に記載のものと同様の、実質的に水平軸上で回転してその内面にらせん配列を形成する付属物を備え、これによりＭＳＷを流入端から流出端に連続的に移動させるチャンバーを特徴とする、「バイオリアクター」と呼ばれるリアクター内でインキュベートした。リアクターが満たされた程度に応じて、及びリアクターのサイズに応じて、リアクター内のＭＳＷの平均「滞留時間」を制御した。リアクターは、適切な温度を維持できるように加熱要素を備えていた。ＭＳＷをリアクターに連続的に導入しながら、部分的に分解されたＭＳＷをリアクターから連続的に取り出して、一定の平均滞留時間を得た。

無分別ＭＳＷはＲｅｎｅｓｃｉｅｎｃｅデモプラントに連続的に充填された。使用した単離酵素調製物は、リグノセルロース系バイオマスの変換のために最適化された、ＣＥＬＬＩＣ ＣＴＥＣ３（商標）の商品名でＮＯＶＯＺＹＭＥＳ（商標）によって提供された市販のセルラーゼ調製物であった。単離セルラーゼ調製物が使用された期間、１ｋｇの流入ＭＳＷあたり９ｇの酵素調製物に相当する量（０．９重量％）が加えられた。Ｃｅｌｌｉｃ ＣＴｅｃ２（商標）（Ｎｏｖｏｚｙｍｅｓ Ａ／Ｓ）、及びＡＣＣＥＬＬＥＲＡＳＥ１５００（商標）（Ｇｅｎｅｎｃｏｒ）などの他の市販の酵素調製物を使用しても、同様の結果が得られると考えられる。より単純な単離セルラーゼ調製物もまた、本発明の方法を実施するために効果的に使用することができる。

操作の設定は下記のとおりである：
・流入ＭＳＷ流を２８０ｋｇ ＭＳＷ／時の速度で酵素リアクターに導入した。
・周囲温度でバッファータンクに保存され、その後５６０Ｌの水／時の速度で給湯器において約７５℃に加熱された再循環洗浄水の溶液を添加することにより、流入するＭＳＷ流の非水含有物を調整した。
・ＣＴＥＣ３（商標）を、湿潤ＭＳＷの含水量１Ｌあたり約６７０ＦＰＵのセルラーゼ活性に相当する０．９重量％で、流入ＭＳＷ流に導入した。
・酵素リアクターを作動させ、約５０℃で約１２～１８時間の平均保持時間を達成する。

生成されたバイオリキッドを、デンマーク工科大学のパイロット規模の嫌気性消化装置、剪断強化嫌気性消化（ＳＥＡＤ）でバイオメタン生産に使用した。パイロット規模のＣＳＴＲ（Ｃｏｎｔｉｎｕｅｄ Ｓｔｉｒｒｅｄ Ｔａｎｋ Ｒｅａｃｔｏｒ）は、ＶＥＯＬＩＡ／Ｂｉｏｔｈａｎｅ（商標）が提供するモバイルＳＥＡＤ嫌気性消化装置である。ＳＥＡＤ嫌気性消化装置は、生物学的変換が行われる５００リットルタンク（Φ０．６×２．１ｍ）であった。リアクターの底部でのバイオガスの再注入（２３０Ｌ／時）及び再循環ポンプ（２～６ｍ^３／時）により、メインタンクを混合した。再循環された液体を、剪断力を加え、粒子状物質の分解を促進するノズルを通して再注入させた。流出物はオーバーフローにより沈殿タンク（Φ０．２５×０．８ｍ）に排出され、汚泥と水とは受動的に分離された。原料は、１００リットルのタンクに保管され、常に撹拌されていた。５ｍｍのメッシュにより、供給タンクへの大きすぎる粒子の導入を防止した。

安定したバイオガス生産を伴う嫌気性消化期間からの未処理消化物（ＲＤ）を１００Ｌドラムに収集し、さらなる試験が必要になるまで－１８℃の冷凍庫に保管した。

嫌気性消化からの冷凍未処理消化物のドラムを室温で２日間放置して解凍し、その後完全に混合した。

未処理消化物を、乾燥物質含有量約０．５～１．５ｗ／ｗ％の水相遠心分離液と、乾燥物質含有量約２５～３０ｗ／ｗ％の固形消化物相（固形消化物と呼ばれ、ＳＤと略される）とに相分離するために、実験室規模の遠心分離機Ｔｈｅｒｍｏ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ＳＬ４０Ｒ遠心分離機で７５０ｍＬの容器中で４７００ｒｐｍにおいて１５分間遠心分離にかけた。

固形消化物を、一定の質量になるまで１０５℃で乾燥させ（乾燥消化物と呼ばれ、ＤＤと略される）、固くて機能しない塊を得た。したがって、乾燥消化物は粉砕する必要があった。この粉砕を、実施例３に記載のレンガディスク（略称３０秒間粉砕されたＤＤ）の作製のために（レンガ積み粘土の粒径分布に合わせるために）、及び実施例５に記載の軽量骨材（ＤＤ０．５ｍｍと略される）の作製のために（０．５ｍｍ未満の粒径を得るために）３０秒間１１００ ｒｐｍでｆｒｉｔｉｓｃｈ ｐｕｌｖｅｒｉｓｅｔｔｅ９において実施した。

脱水消化物をオーブンで消化物灰（ＤＡ）まで燃焼させ、温度を室温から９５０℃に上げ、９５０℃で２時間保持し、室温に冷却した。消化物を９５０℃で燃焼すると、壊れやすい赤みがかった色の多孔性の塊が生じた。灰を混合した後、部分的なセメントの置き換えとして利用するために灰を粉砕した。粉砕はｆｒｉｔｉｓｃｈ ｐｕｌｖｅｒｉｓｅｔｔｅ９で１１００ｒｐｍで１５秒間行った。

実施例２.消化物、下水汚泥、及び石炭フライアッシュの特性評価

・強熱減量（５５０℃及び９５０℃）：５５０℃及び９５０℃の両方において（ＤＳ／ＥＮ １９６－２ ２００５）に従って測定された強熱減量。５５０℃における強熱減量は有機物の含有量を表し、さらに９５０℃における強熱減量は硫酸バリウム及び他の不溶性残留物の燃焼を表している（ＤＳ／ＥＮ１９６－２ ２００５）。

・導電率及びｐＨ：導電率は、導電率計を用いて、蒸留水中１：２．５の固形物対液体比の懸濁液で測定した。ｐＨは、ｐＨ電極を用いて懸濁液中で測定した。

・含水量：１０５℃における重量損失として測定。

・塩化物と硫酸塩の含有量：乾燥サンプル（１０．０ｇ）を２５．０ｍＬの蒸留水に懸濁し、１時間撹拌した。塩化物及び硫酸塩の濃度は、イオンクロマトグラフィーによる濾液で測定した。

・粒径分布：粒径分布は、Ｍａｓｔｅｒｓｉｚｅｒ２０００を使用したレーザー回折により、固形消化物、乾燥乾燥消化物、及び消化物灰で測定した。

・形態：形態は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって評価する。ＳＥＭ分析は、テープ上の小さな灰のサンプルで直接実行する。

・鉱物特性：鉱物の含有量は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）（ＰａｎＡｌｙｔｉｃａｌ Ｘ線回折計）で分析した。

・ＴＧＡ．（熱重量分析、機器：ＮＥＴＺＳＣＨ ＳＴＡ４４９Ｆ３）。範囲：２９℃／１０，０（Ｋ／分）／１０５０℃

・炭酸塩含有量：体積カルシメーター法によって決定した。

・水溶性：溶解度を決定した：５０．０ｇの灰を５００ｍＬの蒸留水に懸濁した。懸濁液を１分間振とうした。そして水をデカントした。新しい蒸留水５００ｍＬを添加した。これを３回繰り返した。最後に、懸濁液を濾過し、灰を乾燥させ、秤量した。

消化物の物理的及び化学的特性
ＤＴＵ（デンマーク工科大学）で測定された消化物（ＳＤ及びＤＤに基づく）の化学的及び物理的特性の平均値及び標準偏差を表１に示す。

消化物中の陰イオンの含有量は、（塩化物と硫酸塩に関して）重量あたり１％未満であり、この濃度は消化液の利用の障害とは見なされなかった。塩分が多いと、レンガ及びＬＷＡの両方で風解が発生する。

形態
ＳＤとＤＤ（３０秒間粉砕）の両方の形態をＳＥＭ分析で調査した。図１を参照されたい。ａ）２００倍に拡大したＳＤ、ｂ）１５００倍に拡大したＳＤ、ｃ）２００倍に拡大したＤＤ、ｄ）１５００倍に拡大したＤＤ。図１のａ）とｂ）では、個別の粒子に分割されている図１のｃ）とｄ）に示した脱水消化物と比較して、固形消化物がよりクラスター化されている。

鉱物特性
消化物の鉱物特性は、ＤＤのＸＲＤ回折によって測定した、図２の回折図を参照されたい。プログラムＸ’Ｐｅｒｔ ＨｉｇｈＳｃｏｒｅ Ｐｌｕｓをデータ処理に使用した。鉱物カオリナイト（Ｋ）、石英（Ｑ）、方解石（Ｃ）、及びルチル（Ｒ）がＤＤで確認された。半定量分析により、相対的な量が得られた：ＤＤの場合、Ｃ＞Ｑ＞Ｋ＞＞Ｒ。

カオリナイトは、材料の焼結に寄与する粘土鉱物であるため、ＤＤのカオリナイト含有量は、焼結に寄与することにより、レンガ及びＬＷＡでの消化物の利用にプラスの影響を有し得る。焼結は、凝集を促進する、材料の融点以下の工程であることに留意されたい。ルチルは陶器の釉薬として一般的に使用され、焼成されたレンガの色にわずかに青い影響を与える可能性がある。ルチルは消化物中に検出された鉱物のごく一部を表すため、レンガの変色は予想されないことに留意すべきである。

鉱物特性に基づいて、消化物で作製されたレンガ及びＬＷＡは不要な鉱物で汚染されているとは想定されず、その代わりに消化物には鉱物が含まれているため、焼成レンガの耐久性にプラスの影響を与える可能性がある。

下水汚泥消化物の特性評価
建築材料における下水汚泥の添加は以前に文献や業界で報告されているため、下水汚泥消化物を建築材料実験で対照材料として使用した。下水汚泥は、都市下水処理施設から排出され、処理された下水汚泥は、嫌気性消化装置で部分的にバイオメタンに変換される。バイオガスプラントからの下水汚泥の未処理消化物は、廃水施設で脱水され、乾物含有量が約２０～２５ｗ／ｗ％になった。脱水下水汚泥消化物のサンプルを入手し、建築材料実験に必要になるまでマイナス１８℃の冷凍庫に保管した。

下水汚泥のいくつかの特性を表２に示す。５５０℃及び９５０℃の両方における強熱減量（ＬｏＩ）、及び含水量は、消化物の測定値と同様であることがわかった。下水汚泥の炭酸塩含有量（２．２ｗ／ｗ％）は、消化物の炭酸塩含有量（９．２ｗ／ｗ％）よりも少なかった（表１及び２を参照）。

消化物及び下水汚泥の熱分析
乾燥消化物（ＤＤ）及び乾燥下水汚泥（ＳＳ）の熱重量分析（ＴＧＡ）の結果をそれぞれ図３及び図４に示す。

本調査のＳＳの熱重量曲線（ＴＧ）及び微分熱重量（ＤＴＧ）曲線の組み合わせは異なるゾーンを示している：
２０～２００℃：ＴＧの重量損失は緩やかに減少（約３％）
２２０～５５０℃：ＤＴＧのピーク（最大３２６℃）ピークは二重ピークと思われる。ＴＧの急激な減少。約４００℃で、曲線の傾きが緩やかに変化する。４５０℃前後で、再度より急激な変化が見られる。
５５０～１０５０℃：ＤＴＧはほぼ一定であり、ＴＧは５２から４２％（残留質量）にほぼ直線的に減少する。

本調査のＤＤのＴＧ及びＤＴＧの組み合わせは、異なるゾーンを示している：
２０～２００℃：重量損失は緩やかに減少（約２％）
２２０～５５０℃：ＤＴＧのピーク（３３７℃で最大）及びＴＧの急激な減少。約４００℃で、曲線の傾きが変化する。４５０℃前後で再度変化が見られる。
５５０～６２０℃ＴＧのわずかな減少、及び一定のＤＴＧ
６２０～７００℃ＴＧでは勾配が比較的急になり、ＤＴＧではピーク（６８１℃）
１０５０℃：ＤＴＧはほぼ一定であり、ＴＧは５３から４８％（残留質量）にほぼ直線的に減少する。

Ｈｅｒｎａｎｄｅｚら、（Ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ ｕｎｄｅｒ Ｎ２，ＣＯ２ ａｎｄ ａｉｒ：Ｇａｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｋｉｎｅｔｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ、２０１７年）は、下水汚泥を用いて熱重量分析を行った際に、３つのゾーンを報告している。５０～２００℃：乾燥中の水分損失。２００～４００℃：生分解性有機物の分解＞４００℃：非生分解性有機物の分解。

これと比較して、この２つのＴＧＡ分析の最初の段階は、水分の損失と乾燥が原因であると予想される。ＤＤ及びＳＳのそれぞれ３３７℃及び３２６℃における主要なピークは、それぞれ生分解性有機物の分解に関すると思われ、一方、約４００℃におけるＤＴＧ曲線の勾配の変化は、非生分解性有機物の分解への変化を反映している。ＤＤのＤＴＧグラフの約６８１℃におけるピークは、ＸＲＤによって同定されるＣａＣＯ_３を表すと予想される。

粒径分布
粒径分布を、レンガで使用するためにＳＤ、ＤＤ（３０秒間粉砕）、及びＹＢＣについて測定した。図５を参照されたい。

ＳＤはＤＤ（３０秒間粉砕）よりも粒径分布が均一であり、図５を参照されたい。これにより、レンガの製造に使用した場合、粒子のより良いパッキング配置、したがって原料のより良い焼結につながる可能性がある。ＳＤのｄ_５０は、ＤＤ（３０秒間粉砕）と比較してＹＢＣのｄ_５０にさらによく対応した。表３を参照されたい。ＤＤ（３０秒間粉砕）として得られたｄ_５０の値が高いのは、平均粒径が大きいためである。これは、１０５℃で消化物を乾燥させた結果、消化物が凝集し、その後に粉砕が必要になるためである。

ＳＤ、ＤＤ（３０秒間粉砕）、及びＹＢＣを、粒径分布に基づいて、粘土（＜２μｍ）、シルト（２～６３μｍ）、及び砂画分（６３～２０００μｍ）に分けた。表３を参照されたい。ＳＤとして得られた画分は、ＤＤの画分（３０秒間粉砕）と比較して、ＹＢＣの画分との関連性が高かった。ＤＤ（３０秒間粉砕）の砂画分は、ＳＤ及びＹＢＣの砂画分と比較して大幅に高く、消化物を１０５℃で乾燥させ、次いで粉砕した結果としてより大きい平均粒径を得たＤＤ（３０秒間粉砕）のｄ_５０からの観察を裏付けた。より小さな粒径への追加の粉砕は、したがって、焼結の改善によりレンガの品質をさらに改善することが期待される。

消化物（ＳＤ）の初期含水物を直接利用することにより、より均一な粒径分布、及びＹＢＣのようなｄ_５０及び画分への分割が予想される。これは、レンガ製造のための粘土の部分的な置き換えとして利用されたときに、より良い焼結につながり、焼成レンガの耐久性を向上させることができる。

アッターベルグ限界
アッターベルグの試験による塑性限界、液体限界、及び可塑性指数を表４に示す。

アッターベルグ限界の結果を、ＬＷＡ及びレンガディスクの配合設計の決定に使用した。

消化物灰の特性評価
表５は、石炭フライアッシュ（ＣＦＡ）と比較したＤＡの特性評価の結果をまとめたものである。ＣＦＡは火力発電所での微粉炭の燃焼の副産物である。今日、ＣＦＡは、ポゾラン反応による強度発達を促進する鉱物混和材として利用されている（Ｍｅｈｔａ，Ｐ．Ｋ．、２００６年、Ｃｏｎｃｒｅｔｅ：ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．、ＭｃＧｒａｗ－Ｈｉｌｌ）。フライアッシュを鉱物混和材として評価する基準は（ＤＳ／ＥＮ４５０－１ ２０１２）である。

＊Ｍｅｈｔａ，Ｐ．Ｋ．、２００６年、Ｃｏｎｃｒｅｔｅ：ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．、ＭｃＧｒａｗ－Ｈｉｌｌ。Ｃｈｉｎｄａｐｒａｓｉｒｔ，Ｐ．ら、２００９年、Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｆｌｙ ａｓｈ ａｎｄ ｂｏｔｔｏｍ ａｓｈ ｇｅｏｐｏｌｙｍｅｒｓ．Ｗａｓｔｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ、２９（２）、５３９～５４３頁。Ｄｏｎａｔｅｌｌｏ，Ｓ．、Ｔｙｒｅｒ，Ｍ．＆Ｃｈｅｅｓｅｍａｎ，Ｃ．Ｒ．、２０１０年、Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｐｏｚｚｏｌａｎｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙ．Ｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ、３２（２）、１２１～１２７頁。Ｇｏｏｄａｒｚｉ，Ｆ．、２００６年、Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｙ ａｓｈ ｆｒｏｍ Ｃａｎａｄｉａｎ ｃｏａｌ－ｆｉｒｅｄ ｐｏｗｅｒ ｐｌａｎｔｓ．Ｆｕｅｌ、８５（１７－１８）、２６８３～２６８４頁。Ｏｎｅｒ，Ａ．、Ａｋｙｕｚ，Ｓ．＆Ｙｉｌｄｉｚ，Ｒ．、２００５年、Ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｆｌｙ ａｓｈ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｕｍ ｕｓａｇｅ ｏｆ ｆｌｙ ａｓｈ ｉｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、３５（６）、１１６５～１１７１頁。Ｗｏｎｇ，Ｊ．Ｗ．Ｃ．＆Ｗｏｎｇ，Ｍ．Ｈ．、１９９０年、Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｆｌｙ ａｓｈ ｏｎ ｙｉｅｌｄｓ ａｎｄ ｅｌｅｍｅｎｔａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｗｏ ｖｅｇｅｔａｂｌｅｓ，Ｂｒａｓｓｉｃａ ｐａｒａｃｈｉｎｅｎｓｉｓ ａｎｄ Ｂ．ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ．Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ、３０（３－４）、２５１～２６４頁。Ｇｈｏｓａｌ，Ｓ．＆Ｓｅｌｆ，Ｓ．Ａ．、１９９５年、Ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ－ｄｅｎｓｉｔｙ ｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｅｎｏｓｐｈｅｒｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｃｏａｌ ｆｌｙ ａｓｈ．Ｆｕｅｌ、７４（４）、５２２～５２９頁。Ｌｅｅ，Ｓ．Ｈ．ら、２００３年、Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｙ ａｓｈ－ｃｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｕｉｄｉｔｙ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ ｐａｓｔｅｓ．Ｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、３３（５）、７６３～７６８頁。Ｋｏｓｍａｔｋａ，Ｓ．Ｈ．、Ｋｅｒｋｈｏｆｆ，Ｂ．＆Ｐａｎａｒｅｓｅ，Ｗ．Ｃ．、２００２年、Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｍｉｘｔｕｒｅｓ、Ｐｏｒｔｌａｎｄ Ｃｅｍｅｎｔ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ。Ｓｅａｒ，Ｌ．Ｋ．、２００１年、Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｕｓｅ ｏｆ ｃｏａｌ ｆｌｙ ａｓｈ：ａ ｖａｌｕａｂｌｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｂｙ－ｐｒｏｄｕｃｔ、Ｇｒａｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ。Ｈｅｎｒｙ，Ｗ．Ｍ．＆Ｋｎａｐｐ，Ｋ．Ｔ．、１９８０年、Ｃｏｍｐｏｕｎｄ Ｆｏｒｍｓ ｏｆ Ｆｏｓｓｉｌ Ｆｕｅｌ Ｆｌｙ Ａｓｈ Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、１４（４）、４５０～４５６頁。

（ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃ６１８－１５ ２０１０）に従って混和材をポゾランとして分類するには、７０％を超える一次酸化物の含有量が必要である。ＤＡは一次酸化物の総含有量が５２．９％であった。したがって、ＤＡを部分的なセメントの置き換えとして使用した場合、圧縮強度の十分な増加に寄与するのに必要な量のポゾラン反応に入るために、ＤＡは十分な一次酸化物を含んでいなかった。ただし、フィラー効果などの他のいくつかの要因が、ＤＡによる圧縮強度の発達への寄与に影響を与え、したがってＤＡによる部分的なセメント置き換えは、依然として有益であり得ることに留意すべきである。

水和したセメントは、比較的不溶性の水和物からなる固相と高ｐＨの間隙流体との間で平衡状態にあるため、セメント混合物には高ｐＨ値が重要である。ｐＨ値が１１．５未満に低下すると、環境の不動態が破壊され、例えば補強材の腐食過程が開始される（Ｍｅｈｔａ，Ｐ．Ｋ．、２００６年、Ｃｏｎｃｒｅｔｅ：ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｎｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ．、ＭｃＧｒａｗ－Ｈｉｌｌ）。さらに、高いｐＨ値は灰中のガラス粒子の溶解を促進し、例えばコンクリート構造物の安定性に有益な、粘土と同様の有利な特性を備えた粘土様鉱物に変化させる（Ｚｅｖｅｎｂｅｒｇｅｎ，Ｃ．ら、１９９９年、Ｃｌａｙ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｅｔａｌ Ｆｉｘａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ Ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｆｌｙ Ａｓｈ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、３３（１９）、３４０５～３４０９頁）。したがって、セメント混合物の不動態に寄与するため、高いｐＨ値の任意の混和材が望ましい。ＤＡのｐＨは１１．７であり、ＣＦＡの限界内にあるため、このパラメータは許容範囲である。

混和材の導電率は、混和材中の可溶性イオンの量を示す。比較的低い導電率は、灰がコンクリートで使用される場合、より多くの固形物材料の形成に相当する。これは、圧縮強度に寄与する混和材が加えられると、より多くの固形物材料がセメント混合物中に保持されるので望ましい。ただし、反応性はポゾラン反応を促進し、圧縮強度にも寄与する。導電率４．４は低いと見なされるため、導電率に基づいてＤＡは特に反応性と見なされない。より多くの固形物が混合物中に保持され、硬化コンクリートの圧縮強度に寄与するため、水溶性は低いことが好ましい。ＣＦＡで設定された間隔と比較して、２．８９の水溶性は低いと見なされる。

図６は、ＤＡの粒径分布を示している。ＣＦＡの粒径分布を、カテゴリーＮの限界及びフィラー限界とともに、比較のために含めている。カテゴリーＮは、灰の細かさの尺度であった。細かさは（ＤＳ／ＥＮ４５０－１ ２０１２）で、４５μｍメッシュのふるいにかけたときに保持される灰分の質量分率として定義されている。灰がカテゴリーＮに準拠するには、細かさが４０％未満である必要がある。フィラーの限界は、２５０μｍ未満の粒子として定義されている（Ｈｅｒｈｏｌｄｔ、Ａ．Ｄ．ら、１９８５年、Ｂｅｔｏｎ－Ｂｏｇｅｎ（デンマーク語）。Ｃｅｍｅｎｔｆａｂｒｉｋｋｅｒｎｅｓ ｔｅｋｎｉｓｋｅ ｏｐｌｙｓｎｉｎｇｓｋｏｎｔｏｒ、Ａａｌｂｏｒｇ Ｐｏｒｔｌａｎｄ、２）。ＤＡの粒径分布は、ＣＦＡの粒径分布と同様であった。ＤＡとＣＦＡの両方の平均粒径、フィラー限界に準拠したパーセンテージ、及び細かさを表６に示す。

ＤＡの細かさはＣＦＡの細かさに準じた。ＤＡはさらにカテゴリーＮに準拠しており、ＤＡを部分的なセメント置き換えとして利用するために、その後ＤＡを粉砕する必要はなかった。

ＤＡの約９３％がフィラー限界に準拠しているため、セメント粒子間の粒間空隙を埋めることができ、多孔率が減少し、圧縮強度が増加する。わずか６．６％のＤＡがフィラー限界に準拠していなかったため、ＤＡをフィラーとして使用するために、その後のＤＡの粉砕は必要ない。

ＤＡの形態をＳＥＭ分析で調査した。図７を参照されたい。ａ）２００倍に拡大したＤＡ、ｂ）１５００倍に拡大さしたＤＡ。図７のａ）とｂ）では、ＤＡは角張った粒子で構成されており、ＣＦＡの粒子のように丸みを帯びていない。石炭フライアッシュは、一般に非晶質アルミノシリケート球からなり、化学組成はＤＡとは異なった。

角張った粒子は、球形の粒子と比較してさまざまな欠点を助長する可能性がある。角張った粒子は丸い粒子に比べてより多くの水を必要とするため、必要な作業性を得るために、角張った粒子を含むセメント混合物に追加の水を加える必要があった。ただし、追加の水を添加すると、理論的には圧縮強度への影響が減少する。さらに、角張った粒子は、セメント粒子及び丸みを帯びた粒子の間の粒間空隙を埋めないため、フィラー効果に寄与する能力が低下し、圧縮強度が低下した。

消化物灰（ＤＡ）は、実施例１に記載のように、灰の融点よりも低い９５０℃の実験室の炉で調製された。高温での産業用焼成条件は、球状粒子の粒径及び形状に影響を与えることが予想される。

実施例３.レンガの調製及び鉱物特性

表７に示すように黄色レンガ粘土（ＹＢＣ）を乾燥消化物（ＤＤ）で０％、１０％、２０％、３０％置き換えて消化物置換したレンガ供試体を作製した。Ｔｏｒｒｅｓ，Ｐ．ら、２００９年（（Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｓｔｅｓ ｆｒｏｍ ｇｒａｎｉｔｅ ｒｏｃｋ ｃｕｔｔｉｎｇ ａｎｄ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｒｏｏｆ ｔｉｌｅｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ、２９（１）、２３～３０頁）は、小規模のレンガディスクで実施された初期試験が、粘土と廃棄物との混合物の最適な組成を選択するための有用なスクリーニングツールであることを示した。この調査では、同じディスクサイズ（２０ｍｍ）を使用して、同様のアプローチを採用した。

脱水ＹＢＣと乾燥消化物とを含む混合物の配合設計の決定は、実施例２で説明されているようにアッターベルグによって決定された液性限界及び塑性限界の結果に基づいている。２つの異なる含水量、一方はｗ_Ｐ（１Ｗ）のすぐ上、もう一方はｗ_Ｌ（２Ｗ）のすぐ下を調査した。１Ｗと２Ｗは次式から計算される。

式中：ｗ_Ｐ＝アッターベルグ限界による塑性限界、ｗ_Ｌ＝アッターベルグ限界による液性限界。ディスクの混合には脱塩水を使用した。

ディスクの作製
ディスクの作製方法は（Ｂｅｌｍｏｎｔｅ，Ｌ．Ｊ．ら、２０１６年、Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｏｆ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｗａｓｔｅ ｔｙｐｅｓ ｆｏｒ ｕｓｅ ａｓ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ Ａｒｃｔｉｃ ｃｌａｙ－ｂａｓｅｄ ｂｒｉｃｋｓ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ）に従った。ディスクは、専用のペレットプレッサー（デンマーク工科大学で開発）で一軸圧縮し、荷重制御プレス（Ｉｎｓｔｒｏｎ６０２２）に入れ、最大荷重１０．５±０．０４ｋＮ（３３．４２ＭＰａ）で作製した。各混合物から合計１５枚のディスクを作製した。

ディスクを１０５℃で２４時間乾燥させ、室温まで冷却した。ディスクの焼成曲線は（Ｃｈｅｎ，Ｙ．ら、２０１１年、Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｃｏ－ｆｒｉｅｎｄｌｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｂｒｉｃｋｓ ｆｒｏｍ ｈｅｍａｔｉｔｅ ｔａｉｌｉｎｇｓ．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、２５（４）、２１０７～２１１１頁）から適合された；炉の温度を６℃／分の加熱速度で室温から１０００℃まで徐々に上げ、１０００℃で２時間保持し、２００～１５０℃まで冷却（オーブンをオフ）し、オーブンからデシケーターに移して、室温まで冷却した。ディスクの重量、直径、高さは、乾燥の前後、及び焼成後に測定した。

結果

色
ＤＤの置換が０～３０ｗ／ｗ％において、レンガディスクに、色の違いは見られなかった（目視検査）。

幾何学的な乾燥及び焼成収縮
レンガ製造では、収縮はレンガ製造方法にとって重要である。最終的なレンガのサイズは、明確に規定され、所定の製造で使用される原料の組み合わせに関係なく、標準化された寸法に準拠している必要がある。

製造者は現在、プラントコストのために、規定された収縮値内の材料にのみ対応し得る。原料混合物に応じて、さまざまなサイズの鋳型又はダイで作業することは望ましくない。

レンガディスクの作製中に乾燥消化物と粘土とを混合すると、乾燥消化物が０％の粘土レンガの場合に得られる予想収縮に影響を与えるかどうかを評価するために、次の比較アッセイを行い、高さ及び直径を測定し、乾燥及び焼成後の寸法収縮を計算した。

乾燥及び焼成後の、各組成からのサンプルの収縮の変動の平均結果を表８及び表９に示す。

結論：
幾何学的な収縮を、ディスクの寸法に基づいて計算した。収集されたデータは、収縮が最小であることを示唆している。

最大３０ｗ／ｗ％の乾燥消化物を添加した場合の寸法乾燥収縮は数パーセント以内であり、粘土と混合した消化物の量と相関しないことが観察されている。

最大３０ｗ／ｗ％の乾燥消化物で置換した場合の焼成収縮は、消化物を含まない粘土サンプルで観察された焼成収縮の変動内にあることがわかる。

したがって、乾燥収縮及び焼成収縮の両方が、粘土の乾燥消化物による置換が０％であるレンガと比較した後で、粘土を最大３０ｗ／ｗ％の乾燥消化物で置換することの影響をあまり受けず、レンガ業界の製造基準を損なうことはないと結論付けることができる。

鉱物特性
鉱物特性は、ＹＢＣをＤＤ（３０秒間粉砕）で０～３０％置き換えたレンガディスクのＸＲＤ回折で測定した。図８及び図９を参照されたい。プログラムＸ’Ｐｅｒｔ ＨｉｇｈＳｃｏｒｅ Ｐｌｕｓをデータ処理に使用した。

鉱物の石英（Ｑ）、斜長石（Ｐｆ）、及び微斜長石（Ｍ）が、ＤＤ（３０秒間粉砕）の有無にかかわらず、すべての種類のレンガディスクで確認された、図８を参照されたい。半定量分析を実行し、すべての種類のレンガディスクについてＱ＞＞Ｐｆ＞Ｍに到達した。石英、斜長石、及び微斜長石はすべて、赤粘土中に予想される鉱物である（Ｔｏｒｒｅｓ，Ｐ．ら、２００９年、Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｓｔｅｓ ｆｒｏｍ ｇｒａｎｉｔｅ ｒｏｃｋ ｃｕｔｔｉｎｇ ａｎｄ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｒｏｏｆ ｔｉｌｅｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ、２９（１）、２３～３０頁；Ａｎｄｅｒｓｅｎ，Ｓ．ら、１９８９年、Ｎｏｇｅｔ ｏｍ ｌｅｒ，５ ａｒｔｉｋｌｅｒ ｏｍ ｓａｍｍｅｎｓａｅｔｎｉｎｇ ｏｇ ｂｒａｅｎｄｉｎｇ ａｆ ｌｅｒ ｔｉｌ ｔｅｇｌ．Ｍｉｌｊｏｅｍｉｎｉｓｔｅｒｉｅｔ、Ｓｋｏｖ－ｏｇ Ｎａｔｕｒｓｔｙｒｅｌｓｅｎ、１～８７頁）。

上記のＤＤ（３０秒間粉砕）で定量化された粘土鉱物のカオリナイトは、焼成中に分解され、焼結に寄与した（Ｈｏｌｍｂｏｅ，Ｔ．、２００１年、Ｔｅｇｌｖａｅｒｋｓｌｅｒ ｉ Ｄａｎｍａｒｋ：ｓａｍｍｅｎｓａｅｔｎｉｎｇｅｎ ａｆ ｄａｎｓｋ ｔｅｇｌｖａｅｒｋｓｌｅｒ，ｈａａｒｄｔｂｒａｅｎｄｅｎｄｅ ｌｅｒ，ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｌｅｒｔｙｐｅｒ ｏｇ ｋｏｒｔｌａｅｇｎｉｎｇ ｍｅｄ ｓｔａｎｇ ｓｌｉｎｇｒａｍ．Ｒｅｐｏｒｔ（Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ Ｄｅｎｍａｒｋ ａｎｄ Ｇｒｅｅｎｌａｎｄ）；Ａｎｄｅｒｓｅｎ，Ｓ．ら、１９８９年、Ｎｏｇｅｔ ｏｍ ｌｅｒ，５ ａｒｔｉｋｌｅｒ ｏｍ ｓａｍｍｅｎｓａｅｔｎｉｎｇ ｏｇ ｂｒａｅｎｄｉｎｇ ａｆ ｌｅｒ ｔｉｌ ｔｅｇｌ．Ｍｉｌｊｏｅｍｉｎｉｓｔｅｒｉｅｔ、Ｓｋｏｖ－ｏｇ Ｎａｔｕｒｓｔｙｒｅｌｓｅｎ、１～８７頁）、及び方解石は高温分解に曝され、ＣＯ_２を放出し、多孔率に寄与すると考えられた（Ｃｕｌｔｒｏｎｅ，Ｇ．ら、２００４年、Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｍｉｎｅｒａｌｏｇｙ ａｎｄ ｆｉｒｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｏｆ ｂｒｉｃｋｓ．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ、２４（３）、５４７～５６４頁；Ａｎｄｅｒｓｅｎ，Ｓ．ら、１９８９年、Ｎｏｇｅｔ ｏｍ ｌｅｒ，５ ａｒｔｉｋｌｅｒ ｏｍ ｓａｍｍｅｎｓａｅｔｎｉｎｇ ｏｇ ｂｒａｅｎｄｉｎｇ ａｆ ｌｅｒ ｔｉｌ ｔｅｇｌ．Ｍｉｌｊｏｅｍｉｎｉｓｔｅｒｉｅｔ、Ｓｋｏｖ－ｏｇ Ｎａｔｕｒｓｔｙｒｅｌｓｅｎ、１～８７頁）。したがって、これらは、１０００℃での焼成後のレンガディスクでは定量化できない。ルチルの融点は１，８４３℃であり、依然として存在するため、ルチルはレンガディスクの鉱物の定量できない部分を構成すると予想される。

ＹＢＣをＤＤで０～３０％置き換えたレンガディスクのＸＲＤ回折図を１つの図に表示する（図９を参照されたい）。すべてのレンガディスクが同じＸＲＤ回折図に到達し、したがって、消化物は、鉱物組成に影響を与え得る問題のあるミネラルを提供しないことがわかる。

実施例４.コンクリート中の消化物灰。

部分的なセメント置き換えとしての消化物灰
いくつかの研究は、異なる粒子状物質の使用が、モルタル及びコンクリートの部分的なセメント置き換えとして使用できることを示した。この調査では、アプローチは、部分的なセメント置き換えとして消化物灰を試験することであった。以前の研究では、さまざまな灰副産物、例えば下水汚泥の灰、木材の灰、及び共燃焼の灰が試験されており、概して、セメントの５～１０％以下を代替の灰で置き換えることが実現可能であることが示されている。モルタルサンプルを、セメントの５及び１０％を消化物灰で置き換えることにより作製し、ポゾラン性の試験には２５％の置き換えを含むモルタルサンプルを調製した。さらに、５、１０、及び２５％のセメント置き換えを含むフレッシュモルタルの特性を試験した。

配合設計の決定
ＤＡで部分的にセメントを置き換えたモルタルの配合設計の決定は、（ＤＳ／ＥＮ１９６－１ ２００５）に基づいている。配合設計セメント置き換え０％、及び水と結合材との比ｗ／ｂ＝０．５（０％Ｃ０．５）（表１０）は（ＤＳ／ＥＮ１９６－１ ２００５）に準拠した。略語に０．５が追加された後続の配合設計は、水と結合材との比（ｗ／ｂ比、結合材＝セメントと消化物灰を組み合わせた含有量）が０．５に対応するこの配合設計から計算した。セメントの５％、１０％、及び２５％をＤＡに置き換えて、配合設計を行った。

ｗ／ｂ＝０．５の混合物のフロー値の傾向を確立した後、第２の供試体グループのｗ／ｂ比を決定した。セメントを置き換えるＤＡの量は、次の方程式に従って変化させた：

この第２の供試体グループを、可能な限り対照に近いフロー値を有する、ＤＡを含むモルタルの試験用に成型した。最終的な配合設計を表１０に示す。

混合物に使用した材料は次のとおりである：
・ＣＥＭＩ：Ａａｌｂｏｒｇ Ｐｏｒｔｌａｎｄのラピッドセメント（ＣＥＭ Ｉ５２，５Ｎ（ＬＡ））。ＣＥＭ Ｉ５２，５Ｎ（ＬＡ））は、このセメントを最大５％の石灰岩を含むポルトランドセメントとして説明している。５２，５Ｎは、最小強度が、硬化の２日後に少なくとも２０ＭＰａ、硬化の２８日後に５２．５ＭＰａとなることを示している。（ＬＡ）は、アルカリ含有量が約０．６％であることを示している。
・ＤＡ：１５秒間粉砕。
・水：脱塩水。
・砂：（ＤＳ／ＥＮ１９６－１ ２００５）に準拠したＣＥＮ標準砂。少なくとも９８％のシリカ含有量、及び０～２ｍｍの範囲の粒径分布を有する丸みを帯びた粒子で構成されている。

フレッシュモルタル及びモルタル供試体の製造
モルタルサンプルの混合及び成型手順は、（ＤＳ／ＥＮ１９６－１ ２００５）に準拠した。

モルタルの混合
モルタルをホバートミキサーで混合し、（ＤＳ／ＥＮ１９６－１ ２００５）の要件を満たした。モルタルを以下の手順で混合した（ＤＳ／ＥＮ１９６－１ ２００５）：
・セメント（及び消化物灰）をミキサーのボウルに加えた。
・時間０で水を加え、ミキサーを低速で３０秒間作動させた。
・砂を３０秒かけて追加した。
・ミキサーをすぐに停止し、低速から中速に切り替えて、３０秒間電源を入れた。
・ミキサーを９０秒間停止した。
・ミキサーに６０秒間電源を入れた。

この手順（合計４分）の後、モルタルは試験又は成型（後述）の準備ができ、その後試験した。

モルタルサンプルの成型
モルタルサンプルは、（ＤＳ／ＥＮ１９６－１ ２００５）の要件を満たす型で成型し、混合物の種類ごとに一度に３つの供試体を成型した。

成型に際して、型が半分満たされるまで、混合したモルタルを型に注いだ。型を振動テーブル上で２０秒間振動させた。次に、型を上部まで充填し、２０秒間再度振動させた。

充填した型をプラスチックで覆い、供試体を２０～２４時間静置した。２０～２４時間後、供試体を脱型し、その後硬化のために水中に沈めた。

表１１に示すように、３×２０のモルタルサンプルを作製した。

フレッシュモルタルの特性
作業性を、フローテーブルで（ＤＳ／ＥＮ１０１５－３ １９９９）に従って試験し、フレッシュモルタルのフロー能力の測定値である平均フロー値として報告した。フロー値は、２つの垂直方向のモルタルの直径として測定した。平均フロー値は４回の測定の平均であり、したがって混合物ごとに２つのサンプルを実行する必要がある。

（ＤＳ／ＥＮ１９６－３ ２００９）に従って、Ｖｉｃａｔｒｏｎｉｃによって硬化過程を測定した。初期硬化時間は、針と供試体のベースプレートとの間の距離が６±３ｍｍになった時間として定義され、最終硬化時間は、針が供試体に０．５ｍｍだけ貫入した時間として定義された。

モルタル供試体の特性
モルタル供試体の密度は、引張試験及び圧縮試験が実施される前に測定した。密度を、次の方程式に従って計算した：

式中：
Ｗ＝重量［ｋｇ］
Ｌ＝モルタル供試体の長さ［ｍ］
ｂ＝モルタル供試体の正方形断面の辺［ｍ］
ｈ＝モルタル供試体の高さ［ｍ］

モルタル供試体の引張強度は、（ＤＳ／ＥＮ１９６－１ ２００５）に従って、Ｉｎｓｔｒｏｎ６０２２ ３点曲げ機で試験した。各配合設計の引張強度を、次の式に従って計算した：

式中：
Ｒ_ｃ＝引張強度［ＭＰａ］
ｌ＝支持体間の距離［ｍｍ］
Ｆ_ｆ＝破壊時の最大荷重［Ｎ］
ｂ＝モルタル供試体の正方形断面の辺［ｍｍ］

モルタル供試体の圧縮強度は、（ＤＳ／ＥＮ１９６－１ ２００５）に従って、Ｔｏｎｙ－３００試験機で試験した。結果の統計処理も同様に（ＤＳ／ＥＮ１９６－１ ２００５）に従って行い、各配合設計の圧縮強度を次の式に従って計算した：

式中：
Ｒ_ｃ＝圧縮強度［ＭＰａ］
Ｆ_ｃ＝破壊時の最大荷重［Ｎ］
Ａ_Ｆ＝負荷面積［ｍｍ^２］

強度活性度指数は、混和材、この場合は消化物灰のポゾラン活性の測定値である。指数は、セメントの２５％を消化物灰で置き換えたモルタルサンプルの２８日及び９０日での圧縮強度から、次の式に従って計算した：

式中：
ＳＡＩ＝強度活性度指数。
Ａ＝セメントの置き換えがあったモルタル供試体の２８日又は９０日における圧縮強度［ＭＰａ］
Ｂ＝セメントの置き換えをしなかったモルタル供試体の２８日又は９０日における圧縮強度［ＭＰａ］

（ＤＳ／ＥＮ ４５０－１ ２０１２）によると、セメントの２５％を置き換えたモルタル供試体は、混和材がポゾラン活性を有する場合、２８日においてセメントの置き換えをしなかったモルタル供試体の７５％、９０日において８５％の圧縮強度を得る必要がある。ＳＡＩに換算すると、混和材がポゾラン活性を有する場合、ＳＡＩは２８日において０．７５、９０日において０．８５を超える必要がある（ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃ３１１－Ｃ３１１Ｍ２００５）。

結果

作業性
セメントの０％、５％、１０％、及び２５％を置き換えた、２つの異なる含水量（ｗ／ｂ比＝０．５、及び消化物灰の含有量に応じた変動ｗ／ｂ比）を有するものの平均フロー値を表１２に示す。

ｗ／ｂ比＝０．５の混合物から、平均フロー値の減少が見られた。これは、角張った粒子からなるＤＡの形態のＳＥＭ分析で行われた観察に対応している。角張った粒子は丸い粒子に比べてより多くの水を必要とするため、満足のいく作業性を得るために、混合物にはより多くの水が必要であった。

ＤＡ粒子の形状と形態は灰生成（焼成）条件に関連しており、球状石炭フライアッシュ粒子と同様のＤＡの工業的焼成条件の場合、球状粒子による水消費量の低下をもたらすことができた。

ｗ／ｂ比＝０．５の混合物を最初に実施し、変動ｗ／ｂ比に関する基礎を作った。表１２から、ｗ／ｂ－ｒａｔｉｏ＝０．５の混合物では、セメントをＤＡで１％置き換えるごとに平均フロー値が約１％減少することがわかった。したがって、セメントをＤＡで１％置き換えるごとに含水量を１％増加させることが、平均フロー値を０％Ｃ０．５の平均フロー値に近づけ易くすると予想された。これにより、変動ｗ／ｂ比を有する混合物の配合設計を決定するために使用する流動方程式が得られた

決定された変動ｗ／ｂ比により、すべての混合物で平均フロー値が０％Ｃ０．５に非常に近づいた。表１２を参照されたい。

これらの２つのアプローチ（１つは定数、及びもう１つは変動ｗ／ｂ比）により、硬化モルタルサンプルの圧縮強度に関して、ＤＡが部分的なセメントの置き換えとして利用された場合の最適な配合設計の決定が可能となった。ボロミーの公式から、含水量の増加は圧縮強度を低下させることがわかった。しかし、ボロミーの公式は、添加された混和材の吸収を考慮していないため、水とセメント間の水和過程に利用可能な実際の遊離水の量を考慮していなかった。したがって、配合設計での水の量の増加は、硬化モルタルサンプルの圧縮強度の低下に必ずしもつながるわけではない。適切な量の水との混合物は、水和過程に利用できるより適切な量の遊離水を促進し、さらにより良い作業性を促進し、混合物の配置と圧縮を容易にし、圧縮強度にも影響を与える。このことを、続けてさらに評価する。

硬化過程
図９及び図１０は、それぞれ、０％Ｃ０．５、５％Ｃ０．５、１０％Ｃ０．５、２５％Ｃ０．５、及び０％Ｖ、５％Ｃ Ｖ、１０％Ｃ Ｖ、２５％Ｃ Ｖの硬化過程を示している。

水と結合材との変動比ｗ／ｂ＝Ｖを有する混合物、及び水と結合材との比ｗ／ｂ＝０．５を有するセメント置き換え０％（０％Ｃ０．５）の硬化過程。

図９及び図１０は、ＤＡの有無にかかわらず、又は含水量に関係なく、硬化過程に大きな違いはなかった。表１３は、すべての混合物の初期硬化及び最終硬化、並びにＤＡを含むすべての混合物の０％Ｃ０．５からの偏差を示している。

表１３は、どちらの混合物の硬化過程にも有意差がなかったことを実証している。２５％Ｃ Ｖを除くすべての混合物で初期硬化のわずかな促進が見られ、休止段階が短くなり、１０％Ｃ０．５を除くすべての混合物で最終硬化時間のわずかな促進が見られ、これにより圧縮強度の発達が促進された。

従来、代替の混和材を添加すると、硬化過程の遅延の原因となった（Ｋｏｓｍａｔｋａ，Ｓ．Ｈ．、Ｋｅｒｋｈｏｆｆ，Ｂ．＆Ｐａｎａｒｅｓｅ，Ｗ．Ｃ．、２００２年、Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｍｉｘｔｕｒｅｓ、Ｐｏｒｔｌａｎｄ Ｃｅｍｅｎｔ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）が、これらはＤＡが部分的なセメントの置き換え品として使用された事例ではない。ＸＲＤ分析により決定された実施例２に記載の鉱物特性のように、ＤＡは、水和反応を加速し、したがって硬化過程を加速し得る硬石膏を含んだ（Ｔｚｏｕｖａｌａｓ，Ｇ．、Ｄｅｒｍａｔａｓ，Ｎ．＆Ｔｓｉｍａｓ，Ｓ．、２００４年、Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ ｃａｌｃｉｕｍ ｓｕｌｆａｔｅ－ｂｅａｒｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｓ ｃｅｍｅｎｔ ｒｅｔａｒｄｅｒｓ：Ｐａｒｔ Ｉ．Ａｎｈｙｄｒｉｔｅ．Ｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、３４（１１）、２１１３～２１１８頁）。さらにＤＡは、核生成サイトとして機能し、水和反応及び硬化過程の加速に寄与する粒子も含む可能性がある（Ｍｏｏｓｂｅｒｇ－Ｂｕｓｔｎｅｓ，Ｈ．、Ｌａｇｅｒｂｌａｄ，Ｂ．＆Ｆｏｒｓｓｂｅｒｇ，Ｅ．、２００４年、Ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｌｌｅｒｓ ｉｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ、３７（２６６）、７４～８１頁）。

飽水密度の発達
飽水密度は、硬化の７日後と２８日後、硬化に使用した水浴から供試体を引き上げた直後、引張強度及び圧縮強度の試験の前にすべての混合物について測定した。

表１４は、モルタル供試体の飽水密度の測定値を示している。

鉱物混和材の添加により、一般に、鉱物混和材によるセメントとの置き換え率が増加したモルタル供試体の密度が低下した（Ｄｅｍｉｒｂｏｇａ，Ｒ．、２００３年、Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｍｉｎｅｒａｌ ａｄｍｉｘｔｕｒｅｓ ｏｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｍｏｒｔａｒ．Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ、３５（２）、１８９～１９２頁）。ＤＡを部分的なセメントの置き換えとして使用した場合も、同じ傾向が見られた。密度の低下は、混合物中の空気含有量が高いためであり、置き換え率とともに増加することが、Ｆｕ，Ｘ．＆Ｃｈｕｎｇ，Ｄ．Ｄ．Ｌ．、１９９７年（Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ ｆｕｍｅ，ｌａｔｅｘ，ｍｅｔｈｙｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅ，ａｎｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒｓ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｈｅａｔ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ ｐａｓｔｅ．Ｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、２７（１２）、１７９９～１８０４頁）によって示された。水和生成物の発現、供試体中の空隙の充填、及び圧縮強度の増加により、密度は時間とともに増加した。

引張強度の発達
硬化の７日及び２８日におけるモルタル供試体の引張強度を表１５に示す。

表１５からわかるように、置き換え率の増加に伴って引張強度が低下し、変動ｗ／ｂ比により、時間の経過とともに引張強度が高くなる。

圧縮強度の発達
硬化の７日及び２８日におけるモルタル供試体の圧縮強度を表１６に示す。

表１６に示すように、ＤＡを添加すると圧縮強度が低下した。ボロミーの公式から予想されるように、ｗ／ｂ比＝Ｖの供試体に追加の水を添加すると、７日間の硬化で圧縮強度がさらに低下した。ただし、ｗ／ｂ比を有する供試体では、圧縮強度が７～２８日間で最も高くなり、供試体５％Ｃ Ｖ及び１０％Ｃ Ｖの圧縮強度は、供試体５％Ｃ０．５及び１０％Ｃ０．５の圧縮強度を超えた。これは、ｗ／ｂ比＝０．５の供試体に遊離水が不足していることを示している可能性があり、ポゾラン反応によって形成されるＣＳＨゲルの量が減少し、２８日以上の硬化で発達する。２５％Ｃ Ｖで得られた低い値は、最適なＤＡとセメントと水との比との超過を示している可能性がある。

硬化の７日間で５％Ｃ０．５は０％Ｃ０．５と同じ圧縮強度を獲得し、フィラー効果、及び／又はセメント粒子の核生成サイトとして機能する粒子からのいくつかの寄与を実証している。これらの現象は両方とも、早い時期に圧縮強度を促進し、これらの実験に寄与することが予想される。

ＤＡの活動係数
ＤＡの活動係数を計算し、表１７に表示した。高い活動係数は、硬化モルタル供試体の圧縮強度を改善する、圧縮強度への高い寄与に対応した。

表１７に示すように、活動係数は大きく変動した。ボロミーの公式では、活動係数は定数として記述されており、置換の種類にのみ依存しているが、Ｋｈｏｋｈａｒ、Ｍ．Ｉ．Ａ．ら、２０１０年（Ｍｉｘ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｍｉｎｅｒａｌ ａｄｄｉｔｉｏｎｓ：Ｏｐｔｉｍｉｓａｔｉｏｎ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｅａｒｌｙ ａｇｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ．Ｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ、３２（５）、３７７～３８５年）は、いくつかの鉱物添加剤を調査し、活動係数が時間、置き換えの種類、及び置き換え率の両方に依存すると結論付けた。計算されたすべての活動係数は、置き換え率と時間の経過とともに減少する傾向をたどるように見えたが、すべてが従来の石炭フライアッシュの間隔である０．３～０．５を超えている（Ｈｅｒｈｏｌｄｔ，Ａ．Ｄ．ら、１９８５年、Ｂｅｔｏｎ－Ｂｏｇｅｎ（Ｉｎ Ｄａｎｉｓｈ）．Ｃｅｍｅｎｔｆａｂｒｉｋｋｅｒｎｅｓ ｔｅｋｎｉｓｋｅ ｏｐｌｙｓｎｉｎｇｓｋｏｎｔｏｒ、Ａａｌｂｏｒｇ Ｐｏｒｔｌａｎｄ、２；ＤＳ／ＥＮ２０６－１ ２００２）。

活動係数０．５を用いてボロミーの公式に従って理論上の圧縮強度を計算し、すべての供試体について経験的に得られた圧縮強度と比較した。図１１を参照されたい。図１１から、ＤＡは、石炭フライアッシュの計算された理論値と比較して、圧縮強度に大きく貢献することが実証された。

強度活性度指数
モルタル供試体、０％Ｃ０．５、２５％Ｃ０．５、及び２５％Ｃ Ｖの硬化の２８日及び９０日における圧縮強度を表１８に示す。

図１２は、硬化の２８日間及び９０日間における０％Ｃ０．５、２５％Ｃ０．５、及び２５％Ｃ Ｖの正規化された圧縮強度の棒グラフを示す。

（ＤＳ／ＥＮ４５０－１ ２０１２）によると、セメントを鉱物混和材で２５％置き換えた供試体の圧縮強度は、ポゾラン活性が存在する場合、硬化の２８日及び９０日における対照供試体の圧縮強度のそれぞれ７５％及び８５％以上である必要がある。表１９は、モルタル供試体２５％Ｃ０．５及び２５％Ｃ Ｖの計算された強度活性度指数、及び７５％及び８５％限界からの偏差を示している。２５％Ｃ０．５は、２８日間の硬化において２８日間の硬化の限界を０．３９％下回る強度活性度指数に到達し、９０日間で限界を２．９１％上回ったので、消化物灰は強度活性度指数に従って圧縮強度に寄与するポゾランとして分類することができる。２５％Ｃ Ｖは、強度活性度指数が有意に低い結果に到達する。これは、ボロミーの公式から予想されるように、混合物の含水量が大幅に増加して圧縮強度が低下したためである。

消化物灰は、一次酸化物の含有量が、混合物をポゾランとして分類するために必要な（ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃ６１８－１５ ２０１０）で設定された限界である７０％を下回っていた。これにより、消化物灰が、フィラー効果及び／又はセメント粒子の核生成サイトとして機能する粒子の両方に寄与し、それとともにポゾラン活性に寄与するという、前のセクションで提案された結論が実証され、その全ての要因がモルタルのサンプルの圧縮強度を改善している。

実施例５.軽量骨材の調製

この実施例では、ＤＤ及びＳＳ中の有機物が発泡剤としての特性を有するかどうかを、ＬＷＡを粘土と下水汚泥から生成して、（Ｆｒａｎｕｓ，Ｍ．、Ｂａｒｎａｔ－Ｈｕｎｅｋ，Ｄ．＆Ｗｄｏｗｉｎ，Ｍ．、２０１６年、Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｆ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ａｇｇｒｅｇａｔｅ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ、１８８（１）、１０頁に従って）調査した。

多孔率を高めるために、材料の発泡又は膨張を引き起こす添加剤を追加する必要がある（Ｄｕｃｍａｎ，Ｖ．＆Ｍｉｒｔｉｃ，Ｂ．、２００９年、Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｓｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ．Ｗａｓｔｅ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ、２９（８）、２３６１～２３６８頁）。セラミックの本体を膨らませる気泡を発生させる発泡剤は、有機発泡剤と無機発泡剤とに分類することができる。通常、無機発泡剤はＦｅ_２Ｏ_３、硫酸塩、炭酸塩、水ガラス、ＭｎＯ_２、及びＳｉＣである（Ｙｕｅ，Ｍ．ら、２０１２年、Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｆｏｒｍｉｎｇ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ ｉｎｔｏ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｃｅｒａｍｉｃｓ．Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、６（１）、１１７～１２４頁）。無機発泡剤及び有機発泡剤の両方が、焼結工程中にＬＷＡを膨張させることができるが、膨張への効果は異なる（Ｙｕｅ，Ｍ．ら、２０１２年、Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｆｏｒｍｉｎｇ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ ｉｎｔｏ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ｃｅｒａｍｉｃｓ．Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、６（１）、１１７～１２４頁）。

脱水ＹＢＣと乾燥消化物とを含む混合物の配合設計の決定は、アッターベルグの限界によって決定された液性限界及び塑性限界（それぞれ、ｗ_Ｌ及びｗ_ｐ）の結果に基づいた。

配合設計は、０％、１０％、及び３０％の乾燥消化物での置き換え率で行った。ＬＷＡを、１．５ｃｍの球に手で成形した。比較のために、ＬＷＡをＳＳで製造した。約１００個の製造の配合設計を表２０に示す。ＹＢＣ、ＤＤ、及びＳＳはすべて１０５℃で乾燥させ、ＬＷＡを形成する前に０．５ｍｍ未満の粒径に粉砕した。

ＹＢＣを非膨張性粘土としてこの作業に使用して、消化物の添加の効果をより明確にした。

ＬＷＡの製造方法は、（Ｆｒａｎｕｓ，Ｍ．、Ｂａｒｎａｔ－Ｈｕｎｅｋ，Ｄ．＆Ｗｄｏｗｉｎ，Ｍ．、２０１６年、Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｗａｇｅ ｓｌｕｄｇｅ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｆ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ａｇｇｒｅｇａｔｅ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ、１８８（１）、１０頁）に従っており、下水汚泥が使用された。乾燥材料（乾燥して粉砕したＹＢＣ又はＫＡ、及び乾燥して粉砕した消化物）をボウルに入れて混合した。表２０に示す仕様を満たすために水を添加した。混合はメカニックミキサーで行った。各配合の３種の球体を手で成形した。直径は約１５ｍｍであった。

ＬＷＡの燃焼は次のとおりである：
・４０℃で２時間
・６０℃で２時間
・１１０℃で２時間
・１１５０℃で３０分間（温度の上昇は５℃／分であった）

焼結後、ＬＷＡをオーブンに放置して１００℃の温度に冷却した後、ＬＷＡをデシケーターに移して室温にした。

結果
ＤＤ又はＳＳを用いて製造したＬＷＡを目視検査したところ、明確なサイズの違いが見られ、ＤＤを含むＬＷＡは、ＳＳを含むＬＷＡよりも明らかに大きかった。色にも違いがあった。ＤＤを含むＬＷＡは黄色であり、ＳＳを含むＬＷＡは赤みがかっていた。この違いは、廃水処理プラントで亜リン酸（ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ）を沈殿させるために使用される塩に由来するＳＳ中のＦｅの含有量が高いためであると思われる。

手作業で粘土を成形したときの直径は約１５ｍｍで、どちらの球も膨張していなかった（図１３）。実際、逆に、ＤＤ及びＳＳを含む球は、焼成後に直径が減少した。ＳＳを含むＬＷＡの直径は、ＤＤを含むＬＷＡと比較して直径が最も小さくなっていた。ＳＳ及びＤＤを含むＬＷＡの直径の減少は、ＳＳ及びＤＤからの有機物の分解に関連しているはずである。有機物含有量（５５０℃における強熱減量）は以下のとおりであった：ＤＤ５９．７％、及びＳＳ６３．４％。有機物の違いだけでは、粘土を３０％置き換えた２種類の球の直径１０．８ｍｍと１３．９ｍｍとの違いを説明することはできない。ＴＧＡの結果は、非生分解性有機物である２つのサンプル、特に４００℃超において有機物の種類が異なることを示しており、この分類の物はＤＤ中にＳＳ中よりも多いと思われる。

球の多孔率を図１４に示す。多孔率はＤＤを含むＬＷＡで最も高く、最も高い多孔率はＤＤでの粘土の置き換えが最も高い（３０％）。これらの球では、粘土のみからの球の０．１９と比較して、多孔率は０．３４であった。ＳＳを含む球の多孔率は、純粋な粘土の球の多孔率と比較してわずかに増加した。

したがって、ＳＳ及びＤＤを含む、焼成された球の多孔率には明確な違いがあった。

Claims (9)

1. セラミック建築材料などの建築材料の製造方法であって、
   －粘土及び／又は砂と、１又は複数の酵素の添加による都市固形廃棄物（ＭＳＷ）の有機画分の液化を含むＭＳＷプロセスから得られた消化物とを混合する工程、
   －任意選択で前記混合物の含水量を調整する工程、
   －前記混合物を成形する工程、
   －前記成形された混合物を乾燥させる工程、及び、
   －任意選択で前記成形された混合物を焼成する工程、
   を含み、
   前記建築材料を形成する、
   製造方法。
2. 前記消化物が、前記ＭＳＷプロセスによって直接得られた消化物、脱水消化物、乾燥消化物及び消化物灰からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
3. 前記建築材料が、レンガ、軽量骨材、タイル、床タイル、屋根タイル、壁タイル、排水管、下水管、ダクト、野外排水管、粘土ブロック、舗装材、セメント、コンクリート、及びモルタルからなる群から選択される、請求項１～２のいずれか１項に記載の方法。
4. 前記消化物が、嫌気性消化に供されたバイオリキッドを得るために微生物処理及び酵素処理によって分解されたＭＳＷから得られる、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記消化物が、少なくとも１０ｗ／ｗ％の含水率を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記消化物が、５５ｗ／ｗ％～９５ｗ／ｗ％の範囲の含水率を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記消化物が、乾燥重量基準で４５ｗ／ｗ％～７５ｗ／ｗ％の有機物含有量を有する、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記消化物が、乾燥重量基準で２５ｗ／ｗ％～５５ｗ／ｗ％の無機物含有量を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
9. 焼成温度が９００℃～１２００℃である、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。

Images