Висока температура автоклавної обробки при наявності в оброблюваному матеріалі води в рідкому стані сприяє різкому прискоренню хімічної взаємодії гідроксиду кальція з кварцовим піском або яким-небудь іншим кремнеземистим компонентом (суглинок, трепел, зола, шлаки, керамзит та ін.). При автоклавній обробці в результаті взаємодії вапна із кремнеземом утворюється значна кількість гідросилікату кальцію, що забезпечує високу міцність і довговічність виробів. Через 6-12 годин автоклавної обробки одержують вапняно-піщані вироби міцністю при стиску 30-50 МПа й більше. Твердіння вапняно-кремнеземистих матеріалів в умовах обробки парою в автоклавах є наслідком ряду складних фізичних і фізико-хімічних процесів. Вивченням цих процесів інтенсивно займалися й займаються Н.Н. Смирнов, І.Ф. Пономарьов, П.П. Будников, Ю.М. Бутт, П.І. Боженов, Т.М. Беркович, Л.С. Болквадзе, Б.М. Виноградов, X.С. Воробйов, К.Е. Горяйнов, Г.І.Книгіна, С.А. Кржемінский, М.Я. Кривицкий, К.К. Куатбаев, К.Ф. Ломунов, Л.О.Малініна, С.О. Миронов, О.П. Меркін, О.В. Саталкін, К.І. Саснаускас, Є.С. Сілаенков, О.О. Федін, Л.М. Хавкін, М.С. Шварцзайд та інші дослідники. Деякі з основних положень теорії автоклавної обробки вапняно-кремнеземистих матеріалів розроблені О.В. Волженським в 1932-1935 р. Відповідно до цієї теорії, автоклавна обробка складається із трьох стадій. Перша стадія включає період з моменту подачі пари в автоклав до досягнення заданої температури оброблюваних виробів – розчинення компонентів. Друга стадія характеризується сталістю температури й заданого тиску пари в автоклаві. При цьому максимальний розвиток одержують всі ті хімічні й фізико-хімічні процеси, які обумовлюють виникнення цементуючих новоутворень і твердіння вапняно-піщаних або бетонних виробів – кристалізація. Третя стадія починається  з моменту припинення доступу пари в автоклав і включає час охолодження виробів у ньому до їхнього вилучення – тверднення. Пара, що впускається в автоклав з відформованими виробами, охолоджується й конденсується від зіткнення з виробами і холодними стінками котла. До появи в автоклаві тиску пару, конденсат утворюється переважно на гранях виробів, але при поступовому підйомі тиску пару починає проникати в дрібні пори матеріалу й перетворюватися у воду. Таким чином, до технологічної води, при виготовленні виробу, приєднується ще вода від конденсації пару. Вода в порах розчиняє гідроксид кальцію та інші розчинні речовини, що входять до складу виробу, що також сприяє конденсації пару (закон Ф. Рауля), тому при обробці виробів паром низького або високого тиску утворення цементуючих речовин протікає в присутності води в рідкому стані. Роль пару при запарюванні зводиться тільки до збереження рідкої води в матеріалі в умовах підвищених і високих температур. За відсутності пару вода випаровується, матеріал висихає і повністю припиняються реакції, пов'язані з утворенням цементуючих речовин. На першій стадії тепловологої обробки спостерігається різниця температур пару й виробу, що зумовлює в останньому значні напруги, як термічні, так і викликані розширенням повітря і води в порах виробу. 

      Чим більше виріб, тим менша теплопровідність і вища пористість матеріалів (наприклад, у поруватих бетонів), тим значніші термічні й інші напруги за інших рівних умов. При досягненні максимальних температур запарювання, що не перевищують 174,5-200 °С (0,9-1,6 МПа), наступає друга стадія запарювання. На даній стадії переважають процеси, що ведуть до утворення моноліту. Пори  матеріалу в достатній мірі заповнені розчином гідроксиду кальцію, що безпосередньо контактує із кремнеземистими компонентами. Таким чином, у розглянутих умовах взаємодія між гідроксидом кальцію й кремнеземом, а також гідратація компонентів виробу протікають при наявності води в рідкій фазі. Чим вища температура і менші частинки кремнеземистого матеріалу, і як наслідок, більша їх реагуюча поверхня, чим легше розлягається дана модифікація, тим швидше протікають процеси взаємодії гідроксиду кальцію з кремнеземистим матеріалом та водою при одній і тій же концентрації гідроксильних іонів. При взаємодії кварцу з вапном у реакцію в першу чергу вступають гідроксильні іони, що утворяться при розчиненні Са(ОН)2 у воді. Вони гідратують молекули SiO2 і роблять їх  здатними до наступних реакцій з іоном кальцію. Можна вважати, що під впливом іонів ОН- відбувається розрив зв'язків - SiO - SiO - у тетраедрах кремнезему й утворення груп ≡SiOН, які надалі взаємодіють з іонами кальцію з утворенням гідросилікатів кальцію. Спочатку при наявності насиченого розчину гідроксиду кальцію у вапняно-піщаних сумішах, що піддаються тепловій обробці при 174,5—200°С, утворюється двохосновний гідросилікат кальцію складу (1,8-2,4)СаО× ×SiO2 (1-1,25)Н2О. 

      Цей гідросилікат, по системі X. Тейлора, можна позначити C2S ά-гідрат. По системі Р.Богга, він має формулу С2SН (А). Кристалізується у формі призматичних пластинок розміром до 10-20 мкм і більше. Крім того, утворюється гідросилікат кальцію складу (1,5-2)СаО× ×SiO2∙nН2О, який коротко позначають, по X. Тейлору, C-S-H(II), а по Р.Боггу, С2SН2. Надалі, зі збільшенням температури й тривалості тепловологої обробки, що супроводжується зниженням концентрації гідроксида кальцію в розчині й збільшенням розчинності кремнезему, виникають умови для утворення менш основних гідросилікатів кальцію. Переважно виникають гідросилікати групи С-S-Н(I) по X. Тейлору, або, по Р.Боггу – СSН(В), хімічного складу, що змінюється в межах (0,8-1,5)СаО · SiO2 · (0,5-2)Н2О. Вони кристалізуються у вигляді найтонших шаруватих пластинок, які при підвищеному співвідношенні СаО-SiO2 згортаються в подовжені трубки, що мають вид волокон або голок довжиною до 0,5-1 мкм. Тривала теплова обробка сприяє утворенню добре виражених кристалів тоберморіту 5СаО·SiO2·5Н2О (С5S6Н5). Новоутворення такої сполуки відбувається при виготовленні будівельних виробів з вапняно-піщаних бетонів у промислових умовах при тривалості ізотермічної витримки під тиском пари 0,9-1,6 МПа від 4 до 8 год. За даними Ю.М. Бутта та Л.М. Рашковича, Т. Калоусека й ін., гідросилікати групи СSН(В), що утворюються у вапняно-піщаних сумішах при автоклавній обробці, забезпечують одержання бетонів високої міцності. Тоберморіт, а особливо С2SН(А) характеризуються менш вираженими в'яжучими властивостями. Це пов'язано зі збільшенням розмірів часток таких новоутворень. Утворені малорозчинні низькоосновні гідросилікати кальцію випадають у вигляді дисперсних субмікроскопічних колоїдальних осадів.

     Останні виникають переважно на поверхнях піщинок, обтягуючи їх по контуру. У процесі запарювання облямівки на піщинках потовщуються за рахунок утворень все нових та нових слоїв гідросилікату кальцію. При цьому новоутворення з’єднуються в одну загальну своєрідну сітку, яка зв’язує всі частинки піску. У зв’язку з цим доцільне потовщення при формуванні виробів з допомогою вібрації, пресування, та ін. Кристали гідросилікатів кальція з початку утворюються в колоїдному стані та не видимі навіть в оптичному мікроскопі, але за наявності водного середовища та в умовах високої температури з часом переходять в більш крупні кристалічні утворення. Під кінець запарювання гідросилікати кальція, а також інші утворенні цементуючі речовини в залежності від віку будуть мати різну структуру: ті що творилися з початку запарювання встигнуть в якійсь мірі перекристалізуватися, а ті які на останній стадії запарювання – будуть ще знаходитися у вигляді тонко дисперсних субмікроскопічних частинок. При тепловологій обробці в автоклавах міцність вапняно-піщаних виробів спочатку зростає, досягає деякого максимуму, а потім при тривалому запарюванні знижується. Це явище характерно для виробів і на інших в'яжучих речовинах. Причиною припинення росту і падіння міцності варто вважати згасання процесів виникнення новоутворень і структурних змін, що відбуваються в плівках новоутворень. У перші години запарювання ріст міцності вапняно-кремнеземистих виробів обумовлюється інтенсивним утворенням часток гідросилікатів кальцію найтоншої дисперсності, що володіють високими в'яжучими властивостями. Із часом процес виникнення гідросилікатів згасає внаслідок утворення плівок на піщинках, що затрудняє взаємодію кремнезему і гідроксиду кальцію. Безумовно, що це призводить і до поступового зниження інтенсивності росту міцності системи у часі. Але поряд з утворенням високодисперсних часточок гідросилікатів кальцію із самого початку запарювання виробу йде паралельний процес – збільшуються розміри раніше утворених часток, які перетворюються в більші кристали. З того моменту, коли процес укрупнення часток внаслідок перекристалізації починає переважати над процесом утворення нових частинок високої дисперсності, вже створюються передумови не до росту, а до падіння міцності виробу. Це підтверджується співвідношенням міцності виробів та питомої поверхні новоутворень в зразках вапняково-піщаних, цементно-піщяних, та шлакопіщаних сумішей. 

     При запарюванні міцність на стиск зразків, а також питома поверхня новоутворень спочатку зростають до певного максимуму, що залежить від властивостей вихідних матеріалів і температури теплової обробки. Подальше запарювання приводить до зниження механічної міцності зі зменшенням питомої поверхні часточок новоутворень внаслідок перекристалізації. Тим самим підтверджується справедливість гіпотези, по якій, найбільша міцність цементного каменю, а, отже, і виробу досягається при максимальній питомі поверхні новоутворень. Третя стадія запарювання починається з моменту припинення доступу пари в автоклав і закінчується в момент вилучення виробу з нього. При охолодженні автоклава в тілі виробів виникає інтенсивне пароутворення, що при надмірно швидкому скиданні тиску може порушити структуру цементуючих речовин і понизити міцність виробу. Цю обставину треба враховувати при виготовленні виробів методом автоклавної обробки. Крім механічного впливу пару на вироби в період його нагрівання й охолодження в автоклаві великий вплив мають термічні напруги. Для кожного виробу, що піддається термовологій обробці паром, існують певні критичні швидкості його нагрівання й охолодження. Твердіння вапняно-кремнеземистих (зокрема, вапняно-піщаних) виробів в автоклавах інтенсифікують наступними методами: збільшують реакційну поверхню вапна й кремнеземистого компонента (піску). Для цього негашене вапно розмелюють разом з піском у співвідношенні 1:1—1:2 по масі до питомої поверхні 3000-5000 см2/г; далі цю суміш, розглянуту як в'яжучу, вводять у немелений пісок у кількості 15-30 % маси суміші; піддають вироби термовологій обробці в автоклавах під тиском пару 1,2-1,5МПа (а отже, і при підвищених температурах 190-200°С). Разом з тим ряд дослідників показали можливість виготовлення автоклавних матеріалів при зниженому тиску (0,2- 0,6 МПа) з використанням як добавки до основної сировини мелених металургійних і електротермофосфорних шлаків, горілих порід, цегельного бою та інш. Додають у вапняно-піщані суміші матеріали, що більш інтенсивно реагують із вапном, чим кварцовий пісок, наприклад трепел, діатоміт, деякі вулканічні породи, керамзит та інші. Вапняно-піщані вироби, отримані автоклавною обробкою, при тривалому знаходженні в повітряному середовищі піддаються впливу вуглекислого газу. При цьому спочатку карбонізуєтся незв'язаний гідроксид кальцію (якщо він залишається після автоклавної обробки), а потім і оксид кальцію, що входить до складу гідросилікатів. Одночасно відбувається розклад гідросилікатів з виділенням кремнезему. Міцність виробів при цьому або не змінюється, або навіть підвищується. Слід зазначити, що гідросилікати, які наближені за складом до двохосновного, забезпечують підвищену довговічність вапняно-піщаних автоклавних виробів (при їхній службі в повітряному середовищі).