Accepted Manuscript

Title: Development of better insulation bricks by addingmushroom compost wastes

Author: Pedro Munoz Velasco Ma Pilar Morales OrtizManuel Antonio Mendıvil Giro Manuel Celso Juarez CastelloLuis Munoz Velasco

PII: S0378-7788(14)00387-9DOI: http://dx.doi.org/doi:10.1016/j.enbuild.2014.05.005Reference: ENB 5041

To appear in: ENB

Received date: 16-12-2013Revised date: 5-5-2014Accepted date: 6-5-2014

Please cite this article as: P.M. Velasco, M.P.M. Ortiz, M.A.M. Giro, M.C.J. Castello,L.M. Velasco, Development of better insulation bricks by adding mushroom compostwastes, Energy and Buildings (2014), http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2014.05.005

This is a PDF file of an unedited manuscript that has been accepted for publication.As a service to our customers we are providing this early version of the manuscript.The manuscript will undergo copyediting, typesetting, and review of the resulting proofbefore it is published in its final form. Please note that during the production processerrors may be discovered which could affect the content, and all legal disclaimers thatapply to the journal pertain.

Page 1 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

1 

DEVELOPMENT OF BETTER INSULATION BRICKS

BY ADDING MUSHROOM COMPOST WASTES

Pedro Muñoz Velasco 

Facultad de Ingeniería. Universidad Autónoma de Chile, 5 Poniente 1670 Talca–Chile. 

Phone: +56 (71) (2) 34 27 57  

Phone2: +56 (9) 5693 5953  

pmunozv@uautonoma.cl 

www.uautonoma.cl 

Mª Pilar Morales Ortiz 

Facultad de Ingeniería. Universidad Autónoma de Chile Av. Pedro de Valdivia 641‐

Providencia, Santiago – Chile 

Manuel Antonio Mendívil Giro 

Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Universidad de La Rioja, Luis de Ulloa, 

20; 26004‐Logroño, La Rioja, Spain 

Manuel Celso Juárez Castelló 

Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Universidad de La Rioja, Luis de Ulloa, 

20; 26004‐Logroño, La Rioja, Spain 

Luis Muñoz Velasco 

Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial, Universidad de La Rioja, Luis de Ulloa, 

20; 26004‐Logroño, La Rioja, Spain 

Page 2 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

2 

ABSTRACT

This paper studies the application of spent mushrooms compost (SMC), as a new 

additive to produce bricks with better insulation and in a more sustainable way. The aim 

is to determine how SMC adding varies properties of fired clay bricks (FCB´s), specially 

the thermal behavior, and whether it is a viable solution for recycling SMC. Clay was 

mixed with different percentages of SMC (0% to 17% wt.) and formed by pressing. 

Samples were fired at the facilities of the partner´s factory up to 950ºC. The influence of 

SMC on FCB´s was related to its thermal conductivity (TC), compressive strength (CS), 

water absorption (WA), bulk density (BD), linear shrinkage (LS), apparent porosity (AP) 

and weight losses during firing (WL). As result, a blend of clay with up to 17% SMC, 

limited by minimal CS and WA, may be used for masonry works with an enhancement on 

thermal behavior.  Addition of 17 % of SMC leads to a 26.17% decreasing in TC compare 

to those without SMC, achieving a minimum TC of 0.55 W/m‐K. This implies a reduction 

of 10% on the equivalent thermal transmittance, that means a better insulation of the 

buildings and thus this an important energy saving. 

KEYWORDS

Lightweight bricks; Thermal conductivity; Compressive breaking stress; Spent Mushroom 

Compost; Waste revalorization 

INTRODUCTION

Lately engineers have been searching mainly for both enhancement properties of 

materials and new ways of reuse, reduce and recycling wastes (the so called 3R). It has 

been shown the use of these wastes in brick manufacturing as an optimal method to 

achieve those purposes [1‐7]. In special, ceramic sector can incorporate different 

residues in a large amount due to the high temperatures in firing process through tunnel 

kiln [8‐10]. Researches include the use of ash from the combustion of rice husk [11], 

Page 3 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

3 

sugarcane bagasse [12], etc…, the addition of sludge from waste water treatment plants 

[13,14] or the mixing with different organic matter as sawdust, wine pomace, paper 

pulp, sawdust, coke, among others [15‐20]. 

One of these residues is the Spent Mushroom Compost (SMC). The production of 

mushrooms (Agaricus Bisporus) involves growing them on a substrateOnce the 

mushrooms have been harvested, this substrate layer (the so called SMC) constitutes 

the main waste produced by mushroom producers. 

The behavior and composition of SMC depends on its raw materials. Commonly SMC is 

made with water, straw (mainly from wheat), poultry manure (as an organic source of 

nitrogen), regulators such as ammonium nitrate or urea and gypsum minerals. This 

mixture ferments, with the mesophilic microorganisms being replaced by thermophilic 

fungi and bacteria by means of different temperature gradients. The next step involves 

pasteurizing and conditioning the compost in order to remove possible competitors of 

Agaricus Bisporus and A. Bitorquis (the main varieties grown). Also ammonia residues 

and simple carbohydrates are removed and thermophilic flora is deactivated, turning it 

into nutrient for mushroom [21]. 

Management of SMC supposes a challenge that has given rise to several projects. Its use 

as a fuel has been analyzed in depth in previous publications and its technical feasibility 

has been proven [22‐24] however the profitability is still low [25]. 

Other solutions involve its use as fertilizers [26‐28], as a covering for the recovery of 

landfills [29], as the basis of animal feed [30]. 

Related to bricks manufacturing SMC has been investigated as an additive for FCB´s [31]. 

In this reference samples, made by adding only 3% of SMC were formed by pressing and 

then fired at 950ºC. Several properties were tested but thermal conductivity (TC) for 

fired samples has not been yet addressed.  

Page 4 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

4 

In order to contribute to the further development of this way of SMC recycling, in this 

paper, different percentages of SMC were used for FCB´s manufacturing. Special 

attention was paid to the TC in order to determine if SMC addition may improve thermal 

insulation of FCB´s. From this point of view, SMC addition might be not only a 

sustainable way of recycling but an element which increases the thermal insulation for 

buildings. Therefore FCB´s made by using SMC will provide lower wall thermal 

transmittance and thus an energy saving. In order to comply requirements abide by 

settled law for structural clay bricks [32] compressive strength (CS) and water 

absorption (WA) have been tested to determine the maximum percentage of SMC that 

can be added. 

PREPARATION OF THE SAMPLES

The clay was provided by factory from the homogenization pit, in the so‐called ageing 

pit, where it is storage for two or three months before manufacturing. In this stage clay 

becomes homogeneous. This raw material was sent to Laboratorio Cerámico Sebastián 

Carpi [33] to determine dilatometric (See Figure 1) and chemical composition (See Table 

1). 

INSERT FIGURE 1 

INSERT TABLE 1 

The SMC used was provided by the Mushroom Technology Research Centre of La Rioja. 

SMC composition varies highly, depends on several parameters [34]. Thus this, table 2 

shows the results from years, carried out by this Mushroom Technology Research Centre 

of La Rioja. 

INSERT TABLE 2 

SMC were oven‐dried at 110 ºC until constant weight was achieved. Mean moisture 

content was recorded in order to determine, on a dry basis, the amount of SMC added. 

Page 5 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

5 

It should be noted that SMC was supplied with a suitable grain size, controlled by 

screening, guaranteeing a maximum size of 1.5 mm x 1.5 mm. However the 

granulometric fractions were not controlled. 

Different percentages of SMC were added, ranging from 0 % to 17 %. These percentages 

extend prior studies ranges [31]. The dry‐weight percentages of the SMC, added into the 

blend, are shown in Table 3. 

Due to the high financial cost and unnecessary environmental impact that involves the 

minimum clay load, settled by factory process (approx. 300 tons), samples were mixing 

and formed in the University facilities. At least 10 specimens for each group were 

molded using a uniaxial press machine, compressing blend under 25 MPa. This pressure 

is the same that take place in the manufacturing extrusion process. The mold was made 

taking into account that after firing process, test specimens did not shrink below 300 

mm in any side. This requirement was settled due to the accuracy of the thermal 

measurement instrument. Samples shall fit perfectly inside the hot guarded plate to 

guarantee an accurate thermal conductivity measure. 

Once samples were demoulding, they were carried to bricks factory and inserted in the 

drying line and then automatically undergone to the firing process in a tunnel kiln. 

Stages of firing process can be seen in figure 1.  

INSERT TABLE 3 

Before drying and after firing specimens dimensions were measured by using a caliper of 

±0.01mm and weighted in a balance ±0.1 g. according to EN 772‐16:2011 [35]. Therefore 

linear shrinkage and weight losses may be carried out by calculations. 

CHARACTERIZATION OF THE BRICKS

TC was determined by the normalized guarded hot‐plate and flow meter method [36], 

using the WL‐376 device manufactured by GUNT [37].  

Page 6 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

6 

The samples had a surface of 300 mm x 300 mm, which fitted the area of both hot and 

cold plates perfectly. Thickness was on the range from 20 to 30 mm. Before testing, 

specimens were drying in a muffle furnace at 110ºC until constant weight was 

measured, as it is indicated per standard EN 1745:2002 [38]. 

TC was obtained at three different temperatures, once steady flow was established. The 

mean value of each sample was determined by linear regression extrapolating data for 

10ºC as it is indicated by standard UNE‐EN 12664 [39]. 

The apparent porosity (AP), bulk density (BD) and WA of samples were obtained 

according to UNE 772‐13:2000 [40] and EN 772‐7:1998 [41]. The samples were weighted 

at dry state, then boiled in water for 24 h, and weighted a second time in water, then 

were weighted again in their saturated wet state in air. With all these weights it is 

possible to determine by calculation all the above‐mentioned parameters [42].  

In order to show mechanical properties, the test pieces used to determine TC were 

machined. A column drill with a diamond cutter head (inside diameter of 19 mm ±2%) 

was used to remove several small samples from different areas on each test piece. The 

thickness of these samples ranged between 20 and 30 mm. 

These new test pieces were ground down to remove any surface roughness, and were 

conditioned at 110 ºC in a muffle furnace [38]. After this specimens underwent to 

compression testing. 

The assays were performed in a SERVOSIS series MES AV universal compression test 

machine with a MIC‐107H module for measurement and control [43], built under 

international standard [44]. This machine incorporates a load application rate control 

module in order to avoid the effect of the velocity of force application which can 

increase the ultimate compression breaking stress up to 20% [45].  

Page 7 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

7 

According to the Rankine fracture criterion for fragile material, it can be confirmed that 

the ceramic brick withstands a compressive stress equal to that obtained in the test 

pieces assayed. 

All data were undergone to the statistical verifications [46] by Statistica 8.0 software 

program [47]. These involve a normality analysis involving the D statistic (according to 

the Kolmogorov–Smirnov test) and the W statistic derived from the Lilliefors correction. 

In all cases, these characteristic values guarantee the results validity. 

RESULTS

The addition of SMC did not affect linear shrinkage (LS) and weight losses (WL). On one 

hand, LS is not strongly influenced by the addition of SMC. Fig. 2 shows how LS ranges 

from a minimum of 5.5% to a maximum of 6.4%. These values were higher than the 

related in literature [31], where LS reports values from 0.22% to 0.4%, but it follows the 

same trend.  

On the other hand, WL varies slowly from 12.5% to 14% when 17% of SMC is added. 

(See Fig. 3). Same results were shown in previous research [31] (range from 9.25% to 

14.46%). It must be notice, weight losses were lower than expected if it is considered 

total amount of organic material introduced by SMC. This can be explained if it is taken 

into a count that part of the organic matter was degraded while additive was ageing in 

the homogenization process.  

INSERT FIGURE 2 

INSERT FIGURE 3 

WA (See Fig. 4) and AP (See Fig. 5) vary as a linear function of residue content. Both 

values increased with increasing amount of SMC.  WA rises up to 22.5% and according to 

ASTM C62‐13a [48] its use as facing brick, is limited just for the case of moderate and/or 

negligible weathering, therefore when sewerage weathering is expected FCB´s made by 

Page 8 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

8 

adding 17% of SMC must be coated. Previous research [31] has shown same values of 

WA for similar percentage of additive (around 23% for 15% of SMC added). 

INSERT FIGURE 4 

INSERT FIGURE 5 

It is well known the addition of organic residues produces an increasing of porosity in 

ceramic bodies since the organic matter is burning during the firing process [49]. SMC 

added increases the AP from 27.5% (without SMC) to 33% (with 17% of SMC added). 

These results were found similar than those reported by literature where AP ranges 

from 32% to 39%. 

Porosity is related to the CS. The compressive rupture strength, as function of SMC, 

decreased approximately 50% when 5% of residue was added recording 20 N/mm2. 

Then, the trend varies linear, decreasing until 10 N/mm2 (See Fig. 6). Results shows a 

decreasing up to 65% when 17% of SMC is added, while in Ref. [31] it decreases approx. 

35% when 15% of SMC is added.  

INSERT FIGURE 6 

Despite SMC addition provides a decreasing in the mechanical response, it may help 

strong insolation in building bricks. TC response ranges from 0.7 W/m‐K without additive 

to 0.5 W/m‐k approx. when 17% of SMC was added (See Fig. 7). SMC addition increases 

porosity in the firing process due to high temperatures. This porosity increases the 

scattering processes of the network of phonons responsible for transmitting heat and 

reduces the overall conductivity of the bricks [50]. 

INSERT FIGURE 7 

Once thermal conductivity was carried out, the equivalent thermal transmittance (Ueq) 

was calculated by finite elements software as indicated elsewhere [51‐53]. A 

Termoarcilla® ECO‐2 brick model [54] was used. A virtual façade was built with a 

Page 9 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

9 

discontinuous horizontal joint (30 mm air gap) and standard mortar (λ10mortar = 0.13 

W/m‐K). 

For FCB´s made without additive (λ10 AA00= 0.720 W/m‐K), the simulated Ueq of the 

wall was found to be Ueq = 0.715 W/m2‐K, and for FCB´s made by adding 17% of SMC 

(λ10 AAC17 = 0.550 W/m‐K) a Ueq = 0.645 W/m2‐K was obtained. This represents a 

9.8% improvement in the equivalent thermal transmittance of the wall [55]. 

TC of FCB´s, made by adding SMC residues, was not previously related in bibliography. 

Considering the main target that bricks have in most of modern buildings, where they 

are no supporting the structure loads, but they are forming the enclosure, it can be 

concluded thermal response is a key factor that have to be related and controlled. 

From the point of view of manufacturers, there are two important parameters to take 

into account: BD and plasticity. BD has deep impact in logistic and plasticity influences 

on workability during forming and on cracks or defects when bricks are drying. 

INSERT FIGURE 8 

INSERT FIGURE 9 

BD varies linear from 1,700 kg/m3 to 1,500 kg/m3 which means a decreasing of 12% 

approx. that implies an important enhancement for logistic that can save money due 

fuel consumption. Previous research [31] showed similar trend but higher values were 

reported, ranging from 1,870 kg/m3 to 1,710 kg/m3 when 15% of SMC is added. 

Although the results from research and those reported in the literature seems similar, 

there are slight differences, mainly about LS, CS, and BD. 

This scattering may be explained from the different clay composition and the 

manufacturing samples procedures. Mainly FCB´s´s properties depend on firing 

temperature, mineral composition [56] and forming pressure. Since firing temperature is 

the same in both researches, it is suggested, differences between previous research and 

Page 10 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

10 

this paper may be based on the content of SiO2 and Al2O3 and on the shaping pressure.  

On one hand higher percentage of SiO2 implies lower LS and a decreasing of WL, BD, CS 

and an increasing of AP. On the other hand Ref. [31] shows a lower decreasing of CS, 

which was unexpected. Two reasons may explain this behavior: The shaping pressure 

and the samples sizes. In Ref. [31] the test pieces were pressed under 54.5 MPa with a 

mixing water between 7% and 10% and parallelepiped of 30x10x60 mm were formed. 

Mohammed et Al. [57] showed how the CS decreases with the size of test specimens 

and J. M. Pérez et Al. [58] reported how CS it is increased with the increasing of forming 

pressure. Despite these slight differences, trends are in accordance in both cases. 

Samples have not been highlighted any noticeable defect, as cracks, black core nor 

bloating. It has to be mentioned the colour for samples made with SMC changes slightly 

from reddish, for those made without additive, to yellowish when clay was mixed with 

SMC. Therefore the addition of SMC, shall be not recommended when facing bricks 

should present a reddish colour.  

Although any efflorescence was observed on the test pieces it is necessary to consider 

that anhydrite could be expected and may be necessary to add BaCO3 or BaCl in order to 

decrease the discoloration effect [59]. 

CONCLUSIONS

The use of SMC as an additive for making FCB´s has been shown as another feasible way 

to recycle this residue generated by mushroom factories. Results were similar to those 

founds in literature and new parameters; as TC and plasticity, were described. 

It is possible to decrease the TC of FCB´s up to 26.17% adding 17% of SMC which means 

a TC value of 0.55 W/m‐K. The equivalent thermal transmittance of a wall can be 

decreased by up to 10% by reducing the conductivity of the clay by up to 26% without 

changing the type of block or the type of wall assembly. 

Page 11 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

11 

 Fired clay made by adding up to 17% SMC enhance thermal properties of bricks while 

WA and CS values are according to standards, however bricks could be non‐accepted by 

market with so low compressive rupture strength and this may limit the addition of 

amount of SMC. 

The preparation procedure of the samples assures the repeatability of results in real 

scale, but organic gases could limit the amount of additive used, as well it could make 

mandatory an exhaust gases treatment installing. For these reason it is recommended to 

analyze this issue in deep before produce it at real scale. 

ACKNOWLEDGEMENTS

We are especially grateful to the firm Herederos Cerámica Sampedro S.A. for the 

provision of materials and the loan of facilities. Our thanks also go out to the Mushroom 

Technology Research Center of La Rioja for the material provided and the data gathered. 

REFERENCES

[1] Altug Saygılı, Gökhan Baykal. A new method for improving the thermal insulation properties 

of fly ash. Energy and Buildings 43‐11 (2011) 3236‐3242 

http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2011.08.024. 

[2] Paki Turgut, Bulent Yesilata. Physico‐mechanical and thermal performances of newly 

developed rubber‐added bricks. Energy and Buildings 40‐5 (2008) 679‐688. 

http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2007.05.002. 

[3] Michael Yong Jing Liu, U. Johnson Alengaram, Mohd Zamin Jumaat, Kim Hung Mo. Evaluation 

of thermal conductivity, mechanical and transport properties of lightweight aggregate foamed 

geopolymer concrete. Energy and Buildings 72 (2014) 238‐245. 

http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.12.029. 

Page 12 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

12 

[4] Rostislav Drochytka, Jiří Zach, Azra Korjenic, Jitka Hroudová. Improving the energy efficiency in 

buildings while reducing the waste using autoclaved aerated concrete made from power industry 

waste. Energy and Buildings 58 (2013) 319‐323. http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.10.029. 

[5] Anabela Paiva et Al. A contribution to the thermal insulation performance characterization of 

corn cob particleboards. Energy and Buildings 45 (2012) 274‐279. 

http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2011.11.019. 

[6] Jorge Pinto et Al. Corn's cob as a potential ecological thermal insulation material. Energy and 

Buildings 43‐8 (2011) 1985‐1990 http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2011.04.004. 

[7] Bulent Yesilata, Husamettin Bulut, Paki Turgut. Experimental study on thermal behavior of a 

building structure using rubberized exterior‐walls. Energy and Buildings 43(2–3) (2011) 393‐399. 

http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2010.09.031. 

[8] S.P. Raut, R.V. Ralegaonkar, S.A. Mandavgane. Development of sustainable construction 

material using industrial and agricultural solid waste: A review of waste‐create bricks. 

Construction and Buildings Materials 2011‐25 (10): 4037–4042. 

http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.04.038 

[9] Lianyang Zhang, Production of bricks from waste materials – A review. Construction and 

Building Materials  47 (2013) 643‐655. http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.05.043. 

[10] Marsigli, M., Dondi, M. and Fabbri, B., Recycling of urban and industrial wastes in brick 

production: a review. Tile and Brick Int., 1997, 13, 218–225 and 302–315. 

[11] Danupon Tonnayopas, Perapong Takasakul, Sarawut Jaritgnam. Effects of rice husk ash on 

characteristics of lightweight clay brick. Technology and Innovation for sustainable Development 

Conference (TISD2008).Thailand. 

[12] K.C.P. Faria, R.F. Gurgel, J.N.F. Holanda, Recycling of sugarcane bagasse ash waste in the 

production of clay bricks. Journal of Environmental Management. 101‐30 (2012) 7‐12. 

http://dx.doi.org/10.1016/j.jenvman.2012.01.032. 

[13] C. Martínez‐García et Al. Sludge valorization from wastewater treatment plant to its 

application on the ceramic industry. Journal of Environmental Management 95 (2012) S343‐S348. 

http://dx.doi.org/10.1016/j.jenvman.2011.06.016. 

Page 13 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

13 

[14] J. Balasubramanian, P.C. Sabumon, John U. Lazar, R. Ilangovan. Reuse of textile effluent 

treatment plant sludge in building materials. Waste Management 26‐1 (2006) 22‐28. 

http://dx.doi.org/10.1016/j.wasman.2005.01.011. 

[15] Bachir Chemani, Halima Chemani. Effect of adding sawdust on mechanical‐Physical 

properties of ceramic bricks to ontain lightweight building material. World academy of Science, 

Engineering and technology 71 (2012) 11‐23. 

[16] J. García‐Ten, G. Silva, V. Cantavella, M. Llorente. Utilización de materiales aligerantes en la 

fabricación de bloques de termoarcilla™. Conarquitectura 3 (1993) 65‐72. 

[17] Mucahit Sutcu, Sedat Akkurt. Utilization of recycled paper processing residues and clay of 

different sources for the production of porous anorthite ceramics. Journal of the European 

Ceramic Society 30‐8 (2010) 1785‐1793. http://dx.doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2010.01.038.  

[18] Luisa Barbieri, Fernanda Andreola, Isabella Lancellotti, Rosa Taurino. Management of 

agricultural biomass wastes: Preliminary study on characterization and valorisation in clay matrix 

bricks. Waste Management 33‐11 (2013) 2307‐2315 

http://dx.doi.org/10.1016/j.wasman.2013.03.014. 

[19] P. Muñoz, M.C. Juárez, M.P. Morales, M.A. Mendívil. Improving the thermal transmittance of 

single‐brick walls built of clay bricks lightened with paper pulp. Energy and Buildings 59 (2013) 

171‐180, ISSN 0378‐7788, http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.12.022. 

[20] Mucahit Sutcu et Al. Thermal performance optimization of hollow clay bricks made up of 

paper waste. Energy and Buildings 75 (2014) 96‐108 

http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2014.02.006. 

[21] R. Noble, R.H. Gaze, Preparation of mushroom (agaricusbisporus) compost in controlled 

environments: Factors influencing compost bulk density and productivity. International 

Biodeterioration and Biodegradation 37 (1996) 93‐100. http://dx.doi.org/10.1016/0964‐

8305(95)00072‐0 

[22] K.N. Finney, C. Ryu, V.N. Sharifi, J. Swithenbank. The reuse of spent mushroom compost and 

coal tailings for energy recovery: Comparison of thermal treatment technologies. Bioresource 

Technology 100 (2009) 310–315. http.//dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2008.05.054 

Page 14 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

14 

[23] K.N. Finney, V.N. Sharifi, J. Swithenbank. Combustion of spent mushroom compost and coal 

tailing pellets in a fluidised‐bed. Renewable Energy 34 (2009) 860–868. 

http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2008.06.012 

[24] N.U. Kapu, M. Manning, T.B. Hurley, J. Voigt, D.J. Cosgrove, C.P. Romaine. Surfactant‐assisted 

pretreatment and enzymatic hydrolysis of spent mushroom compost for the production of 

sugars. N.U.S. Bioresource Technology 114 (2012) 399–405. 

http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2012.02.139 

[25] C. Ryu, A. Khor, V.N. Sharifi, J. Swithenbank. Pelletised fuel production from coal tailings and 

spent mushroom compost – Part II. Economic feasibility based on cost analysis. Fuel Processing 

Technology 89 (2008) 276‐283. http://dx.doi.org/10.1016/j.fuproc.2007.11.027 

[26] H.J. Zhu, L.F. Sun, Y.F. Zhang, X.L. Zhang, J.J. Qiao. Conversion of spent mushroom compost 

to biofertilizer using a stress‐tolerant phosphate‐solubilizing Pichia farinose FL7. Bioresource 

Technology 111 (2012) 410–416. http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2012.02.042 

[27] l.C.C. Ribas, M.M. de Mendonça, C.H. Camelini, C.H.L. Soares. Use of spent mushroom 

composts from Agaricussubrufescens (syn. A. blazei, A. brasiliensis) and Lentinulaedodes 

productions in the enrichment of a soil‐based potting media for lettuce (Lactuca sativa) 

cultivation: Growth promotion and soil bioremediation. Bioresource Technology 1000 (2009) 

4750–4757. http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2008.10.059 

[28] E. Medina, C. Paredes, M.D. Pérez‐Murcia, M.A. Bustamante, R. Moral. Spent mushroom 

substrates as component of growing media for germination and growth of horticultural plants. 

Bioresource Technology 100 (2009) 4227‐4323. http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2009.03.055 

[29] S.N. Jordan, G.J. Mullen, R.G. Courtney. Utilization of spent mushroom compost for the 

revegetation of lead–zinc tailings: Effects on physico‐chemical properties of tailings and growth 

of Loliumperenne. Bioresource Technology 99 (2008) 8125–8129. 

http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2008.03.054 

[30] C.K. Zhang, F. Gong, D.S. Li. A note on the utilisation of spent mushroom composts in animal 

feeds. Bioresource Technology 52‐1 (1995) 89‐91 http://dx.doi.org/10.1016/0960‐

8524(94)00137‐P. 

Page 15 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

15 

[31] D. Eliche‐Quesada, F.A. Corpas‐Iglesias, L. Pérez‐Villarejo, F.J. Iglesias‐Godino. Recycling of 

sawdust, spent earth from oil filtration, compost and marble residues for brick manufacturing. 

Construction and Building Materials 34 (2012) 275–284. 

http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2012.02.079 

[32] Código Técnico de la Edificación. Documento Básico de Seguridad Estructural (Spain’s 

Technical Building Code. Basic Document on Structural Safety).CTE.DB‐SE‐F. 

[33] Web site of laboratory in charge of dilatometric curve test. www.laboratoriocarpi.com 

(October 2013) 

[34] Website of the Centro Tecnológico de Investigación del Champiñón de La Rioja. 

www.ctich.com (October 2013) 

[35] EN 772‐16:2011. Methods of test for masonry units ‐ Part 16: Determination of dimensions. 

[36] Standard EN 1745:2002 Masonry and masonry products – Methods for determining design 

thermal values. 

[37] Web site of the thermal test machine. www.gunt.de (October 2013) 

[38] EN 1745:2002. Masonry and masonry products. Methods for determining design thermal 

values. 

[39] UNE‐EN 12664. Thermal performance of building materials and products. Determination of 

the thermal resistance by means of guarded hot plate and heat flow meter methods. Dry moist 

products of medium and low thermal resistance. 

[40] EN 772‐13:2000. Methods of test for masonry units ‐ Part 13: Determination of net and gross 

dry density of masonry units (except for natural stone). 

[41] EN 772‐7:1998. Methods of test for masonry units ‐ part 7: determination of water 

absorption of clay masonry damp proof course units by boiling in water. 

[42] Ismail Demir. Effect of organic residues addition on the technological properties of clay 

bricks. Waste Management 28 (2008) 622–627. http://dx.org.doi:10.1016/j.wasman.2007.03.019 

[43] PCD 2k. Control software for the universal testing machine. 

Page 16 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

16 

[44] Standard EN ISO 7500‐1:2004/AC:2009 Metallic materials ‐ Verification of static uniaxial 

testing machines ‐ Part 1: Tension/compression testing machines ‐ Verification and calibration of 

the force‐measuring system. 

[45] Romero M.L., Museros P., Martínez M.D. Resistencia de materiales. Jaume I University. 2002. 

ISBN 84‐8021‐384‐1. 

[46] Statistica 8.0. Statsoft Inc. 2009. 

[47] Miller I, Freund J.E., Probabilidad y Estadística para Ingenieros (Spanish translation of 

Probability and Statistics for Engineers). Ed. Reverté S.A. 2004. ISBN: 84‐291‐5094‐3. 

[48] ASTM C62 ‐ 13a. Standard Specification for Building Brick (Solid Masonry Units Made From 

Clay or Shale) 

[49] Zuzana Živcová, Eva Gregorová, Willi Pabst. Alumina ceramics prepared with new pore‐

forming agents. Processing and Application of Ceramics 2‐1 (2008) 1‐8. 

[50] Andrey M. Abyzov, Andrey V. Goryunov, Fedor M. Shakhow. Effective thermal conductivity 

of disperse materials. I. Compilance of common models with experimental data. International 

Journal of Heat and Mass Transfer 67 (2013) 752‐767. 

[51] M.P. Morales, M.C. Juárez, L.M. López‐Ochoa, J. Doménech, Study of the geometry of a 

voided clay brick using rectangular perforations to optimize its thermal properties, Applied 

Thermal Engineering 31 (11–12) (2011) 2063–2065. 

http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.02.033. 

[52] M.P. Morales, M.C. Juárez, P. Muñoz, J.A. Gómez, Study of the geometry of a voided brick 

using non‐rectangular perforations to optimize its thermal properties, Energy and Buildings 43‐9 

(2011) 2494–2498. http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2011.06.006. 

[53] M.C. Juárez, M.P. Morales, P. Muñoz, M.A. Mendívil, Influence of horizontal joint on the 

thermal properties of single‐leaf walls with lightewight clay blocks, Energy and Buildings 49 

(2012) 362–366. http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.02.033. 

[54] Web site of the thermal test machine. www.termoarcilla.com (May 2013) 

Page 17 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

17 

[55] M.P. Morales, M.C. Juárez, P. Muñoz, M.A. Mendívil, J.A. Ruiz. Possibilities for improving the 

equivalent thermal transmittance of single‐leaf walls for buildings. Energy and Buildings 69 (2014) 

473‐480. http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2013.11.038. 

[56] Giuseppe Cultronea et Al. Influence of mineralogy and firing temperature on the 

porosity of bricks. Journal of the European Ceramic Society 24 (2004) 547–564. 

http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2012.12.022. 

[57] A. Mohammed, T.G. Hughes, A. Mustapha. The effect of scale on the structural behavior of 

masonry under compression. Construction and building Materials 25 (2011) 303‐307. 

http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.06.025. 

[58] J.M. Pérez, M. Romero. Microstructure and technological properties of porcelain stoneware 

tiles moulded at different pressures and thicknesses. Ceramics International 40‐1B (2014) 1365‐

1377. http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.07.018. 

[59] Almendro, M.B. et Al. Eflorescencias en ladrillos In:Universidad Miguel Gernández. Edt. 

Materiales Inorgánicos en la construcción para el siglo XXI. Elx. 2001. P.199‐208 

Page 18 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

18 

 FIGURE CAPTION 

Figure 1. Dilatometric curve (discontinuous line) and firing process (continuous line). 

Figure 2. Linear Firing shrinkage as function of SMC addition. 

Figure 3. Weight losses as function of SMC addition. 

Figure 4. Water absorption as function of SMC addition. 

Figure 5. Apparent porosity as function of SMC addition. 

Figure 6. Breaking compression strength as function of SMC addition. 

Figure 7. Thermal conductivity as function of SMC addition. 

Figure 8. Bulk density as function of SMC addition. 

Figure 9. Plasticity as function of SMC addition. 

Page 19 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

19 

TABLE CAPTION 

 

Table 1. Elemental analysis of the clay used 

SiO2  TiO2  Al2O3  Fe2O3  MgO  CaO  Na2O  K2O  LOI 

48.32%  0.83%  19.75% 5.07%  2.30%  7.71%  0.79%  2.93%  16.08% 

 

Table 2. Summary of elemental analysis of SMC 

  Mean  Maximum  Minimum 

Moisture [wet weight percentage]  58.94  68.78  42.30 

Ash [dry weight percentage]  43.56  67.73  32.28 

Total nitrogen [dry weight percentage]  2.43  3.06  1.60 

NH4 [percentage of dry matter]  0.05  0.13  0.00 

pH  6.91  8.50  6.29 

conductivity  6.75  8.35  4.27 

Organic matter [dry weight percentage] 

56.44  67.72  32.27 

Carbon – Nitrogen ratio  14.57  17.86  12.54 

Gross heating value [kcal/kg]  2,424.72  3,058.30  2,029.20 

 

Table 3. Doses used in each series (d.w.c.* is dry‐weight of clay) 

  AA00 AC05 AC11 AC17

CLAY [g]  10,000.0 10,000.0 10,000.0 10,000.0

ADDITIVE [g]  ‐ 500.0 1,100.0 1,700.0

 

Page 20 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

20 

Highlights Samples were formed in laboratory by following the manufacturer's specifications. Drying and firing process took place on the factory facilities. A 17% of spent mushroom compost added reduces bricks thermal conductivity up to 26%. Water absorption and compressive breaking stress values are in accordance to ASTM. A new way of recycling spent mushroom compost, due brick industry, is showed.  

Page 21 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

Figure(s)

Page 22 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

Figure(s)

Page 23 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

Figure(s)

Page 24 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

Figure(s)

Page 25 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

Figure(s)

Page 26 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

Figure(s)

Page 27 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

Figure(s)

Page 28 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

Figure(s)

Page 29 of 29

Accep

ted

Man

uscr

ipt

Figure(s)