第11章 土木工程材料无机结合料稳定材料.docx
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第11章土木工程材料无机结合料稳定材料
第11章土木工程材料_无机结合料稳定材料
第11章土木工程材料_无机结合料稳定材料
第11章无机结合料稳定材料
本章导学
学习目的：
目前我国的沥青混凝土路面或水泥混凝土路面95％以上采用无机结合料稳定材料作为基层或底基层，通过本章的学习应了解无机结合料稳定材料的组成设计、强度、干缩、温缩的特性，为工程服务。
教学要求：
为了提高对无机结合料稳定材料的认识，应首先说明我国路面结构的实际情况，例如国内主要高速公路的路面无机结合料稳定材料的使用情况及分类。
结合无机结合料稳定材料的特点，简要说明无机结合料稳定材料的强度特性、疲劳特性、干缩特性和温缩特性。
无机结合料稳定材料的强度、组成设计方法与材料品种等关系密切，应注意通过不同实例进行讲解。
11.1无机结合料稳定材料的应用
11.1.1无机结合料稳定材料的应用与分类
（一）总述
1、在粉碎的或原状松散的土中掺入一定量的无机结合料（包括水泥、石灰或工业废渣等）和水，经拌和得到的混合料在压实与养生后，其抗压强度符合规定要求的材料称为无机结合料稳定材料，以此修筑的路面称为无机结合料稳定路面。
无机结合料稳定路面具有稳定性好、抗冻性能强、结构本身自成板体等特点，但其耐磨性差，广泛用于修筑路面结构的基层和底基层。
粉碎的或原状松散的土按照土中单个颗粒（指碎石、砾石、砂和土颗粒）粒径大小和组成，将土分成细粒土、中粒土和粗粒土。
不同的土与无机结合料拌和得到不同的稳定材料。
例如石灰土、水泥土、石灰粉煤灰土、水泥稳定碎石、石灰粉煤灰稳定碎石等。
2、无机结合料稳定基层具有强度大、稳定性好及刚度大等特点，被广泛用于修建高等级公路沥青路面和水泥混凝土路面的基层或底基层。
七、五期间，国家组织开展了“高等级公路无机结合料稳定材料基层、重交通道路沥青面层和抗滑表层的研究”，其中无机结合料稳定基层材料的强度和收缩特性、组成设计方法是主要的研究内容之一。
在此基础上，结合近15年来无机结合料稳定基层的设计、施工和使用的经验，根据实际使用效果，提出无机结合料稳定材料设计、施工及管理要点，为高等级公路无机结合料稳定基层的设计与施工提供了理论依据和技术保证。
（二）无机结合料稳定基层沥青路面
无机结合料稳定基层用于高速公路的沥青路面结构，其合理性主要表现在具有较高的强度和承载能力。
一般来说，无机结合料稳定基层材料具有较高的抗压强度和抗压回弹模量，并具有一定的抗弯拉强度，且它们都具有随龄期而不断增长的特性，因此无机结合料稳定基层沥青路面通常具有较小的弯沉和较强的荷载分布能力。
由于无机结合料稳定基层的刚度大，使得其上的沥青层弯拉应力值较小，从而提高了沥青面层抵抗行车疲劳破坏的能力，甚至可以认为无机结合料稳定基层上的沥青面层不会产生疲劳破坏。
也就是可以认为无机结合料稳定基层沥青路面的承载能力完全可以由无机结合料稳定基层材料层来满足，而不需要依靠厚沥青面层，沥青面层可仅起功能性作用，这就鼓励人们去减薄面层。
但无机结合料稳定基层沥青路面的使用实践证明，如果面层不够厚，无机结合料稳定基层因温缩或干缩而产生的裂缝会很快反射到沥青路面的面层。
初期产生的裂缝对行车无明显影响，但随着表面雨水或雪水的浸入，在行车荷载反复作用下，会导致路面承载力下降，产生冲刷和唧泥现象，加速沥青路面的破坏，影响沥青路面的使用性能。
七•五后我国高速公路进入快速增长期，高速公路建设从无到有，目前已经达到1.6万公里，还即将建设2万多公里的高速公路。
而无机结合料稳定材料仍将是基层、底基层的主要材料。
如表11－1和11-2为我国高速公路无机结合料稳定基层沥青路面结构类型。
国内主要的高速公路沥青路面结构（七•五前）表11-1
路名
长度（km）
沥青面层厚度（cm）和类型
基层厚度（cm）和类型
底基层厚度（cm）和类型
沪嘉高速公路
20.5
12（6km）.17（6km）
46石灰粉煤灰碎石
20砂砾
莘松高速公路
18.9
12和17
45石灰粉煤灰碎石
广佛高速公路
15.7
4中粒式沥青混凝土+5粗粒式沥青混凝土
4中粒式沥青混凝土+5粗粒式沥青混凝土+6沥青碎石
25水泥级配碎石或水泥石屑（31）
25～28水泥石屑或水泥土
西临高速公路
20
4中粒式沥青混凝土+5粗粒式沥青混凝土+6沥青碎石
20石灰粉煤灰砂砾
25水泥级配碎石或水泥石屑（31）
20石灰粉煤灰土,25～28水泥石屑或水泥土+20砂砾改善层（特殊不良路段）;25石灰粉煤灰土
沈大高速公路
375
4中粒式沥青混凝土+5粗粒式沥青混凝土或5+5+5
20水泥砂砾或水泥矿渣
砂砾或矿渣
京津塘高速公路
142.5
20~23中粒式沥青混凝土，粗粒式沥青混凝土和沥青碎石
20～5水泥粒料（碎石或砾石）或石灰粉煤灰碎石
25～35石灰土或水泥土、水泥石灰土、石灰粉煤灰土
京石高速公路（北京段）
14
12
35石灰粉煤灰砂砾
京石高速公路（河北石家庄一新乐）
3中粒式沥青混凝土+5沥青碎石
12水泥碎石或
12石灰粉煤灰碎石
43石灰土
国内主要的高速公路沥青路面结构类型（七•五后）表11-2
路名
表面层厚度（cm）
中面层厚度（cm）
底面层厚度（cm）
基层厚度（cm）和材料
底基层厚度（cm）和材料
总厚度
京石.定州-涿州
5中AC
5粗AC
15二灰碎石
40石灰土
65
涿州-北京
5中AC
7.5粗AC
15二灰碎石
40石灰土
67
京石.北京三期
3.5细AC
4.5中AC
7BM
20水泥砂砾
20二灰砂砾
55
北京四期
3.5细AC
4.5中AC
7BM
40二灰砂砾
20石灰砂砾
75
广州-花县
（软土地段）
3中AC
4中AC
18～20水泥碎石
25～34水泥石屑
52～59
广州-深圳
4中AC
8密粗AC
+10密BM
10MB
23水泥碎石
23级配碎石+22～32末筛分碎石
110路肩100
海南东干线
4中AC
4粗AC
4BM
20水泥碎石
20水泥碎石
52
济南—青岛
5中SAC
4中SAC
6粗AC
5粗AC
7BM
6BM
34水泥砂砾
20水泥砂砾
20水泥砂砾
15石灰土
26石灰土
26石灰土
67
64
61
青岛-黄岛
4中AC
5粗AC
20水泥碎石
22RCC+15水
25水泥碎石
15石灰土
54
郑州-开封
4中AC
泥碎石
56
郑州—新郑
4中AC
22RCC+15
水泥碎石
15石灰土
56
郑州—洛阳
4中AC
5粗AC
6BM
22RCC+15
水泥碎石
24石灰土
69
佛山—开平
3抗滑AC
7中AC
8BM
25水泥石屑
15、23、28级配碎石
58、66或7
深圳—汕头
3抗滑AC
5中AC
6粗AC
25水泥石屑
28、32、38级配碎石
67、71、77
沪宁—江苏段
4AK-16A
6粗AC-25I
6粗AC-25I
28二灰碎石
30二灰碎石
25二灰碎石
33二灰土
成都—重庆
12
西安-铜川
4中AC
8BM
21二灰砂砾
22二灰土
51
西安—宝鸡
4中AC
8BM
二灰砂砾
二灰土
杭州—宁波
5中AC
7粗AC
25或28或34
二灰碎石
20二灰
20级配碎石
57、60、66
南京—南通、扬州段
4中SLH
6粗LH
6BM
20二灰碎石
33石灰土
69
石家庄—安阳
4中SLH
5粗SLH
6LH-30
20水泥碎石+
20二灰碎石
20～40石灰土
75
石家庄—太原河北段
5LH
4LH
5LM
7LH
6BM
18二灰碎石土或
22二灰碎石或
25二灰碎石
20～25石灰土
20～25石灰土
50～55
57～65
（三）水泥路面
水泥混凝土路面结构层组合较为简单，一般由混凝土面板、基层或垫层组成。
水泥混凝土路面基层直接位于面层板之下，是保证路面整体强度、防止唧泥和错台、延长路面使用寿命的重要结构层。
目前基层类型主要采用无机结合料稳定基层，如水泥稳定粒料、工业废渣稳定粒料等基层。
中等以下交通的道路，除上述类型外，还可采用石灰稳定类基层。
11.1.2无机结合料稳定材料的分类
（一）水泥稳定材料
在破碎的或原来松散的土（包括各种粗、中、细粒土）中，掺入足量的水泥和水，经拌和得到的混合料，在压实和养生后，当其抗压强度符合规定要求的混合料成为水泥稳定材料。
根据土的颗粒组成不同，可以将水泥稳定材料具体分为以
下几类：
1．水泥稳定粗粒土：
指被水泥稳定的土的最大粒径小于37.5mm，且其中小于31.5mm的颗粒含量不少于90％。
2．水泥稳定中粒土：
指被水泥稳定的土的最大粒径小于26.5mm，且其中小于19mm的颗粒含量不少于90％。
3．水泥稳定细粒土：
制被水泥稳定的土的最大粒径小于9.5mm，且其中小于2.36mm的颗粒含量不少于90％。
用水泥稳定砂性土、粉性土和粘性土等细粒土得到的混合料简称为水泥土；用水泥稳定砂得到的混合料简称为水泥砂；用水泥稳定粗粒土和中粒土得到的混合料，视所用原料情况简称为水泥碎石（级配碎石和未筛分碎石）、水泥砂砾等。
同时用水泥和石灰综合稳定某种土而得到的混合料，简称为综合稳定土。
水泥稳定材料是一种经济实用的筑路材料，具有较优良的性能，可用于各种交通类别道路的基层和底基层。
由于以水泥为主要胶结材料，通过水泥的水化、硬化将集料粘结起来，因此水泥稳定土具有良好的力学性能和板体性。
其强度随养护龄期的增加而增加，并且早期的强度较高；同时其强度的可调范围较大，由几个兆帕到十几个兆帕。
水泥稳定土的水稳定性和抗冻性也较其它稳定材料好。
所不足的是，水泥稳定土在温度、湿度变化时，易产生裂缝，而影响面层的稳定性；当细颗粒含量高、水泥用量大时开裂更为严重。
水泥稳定土作为一种筑路材料，国际上已有了几十年的使用历史。
1937年美国成功的铺筑了3.2km的水泥稳定土基层。
随后，水泥稳定土在很多国家的道路和机场工程中，都得到了广泛的使用。
70年代初，我国在援外工程中，也不同程度的采用了水泥稳定土，作为沥青表面处治面层的基层。
1974年我国在辽宁的沈扶南线公路上铺筑了10多公里的水泥稳定土（砂砾），作为高等级沥青面层的基层，这是我国公路上第一次正是较大规模的在路面的基层中使用水泥稳定土。
自80年代初以来，水泥稳定土已被广泛用于我国各个省、市自治区的二级和高等级道路上。
它不仅被用作沥青路面的基层，还被用作水泥混凝土路面的基层。
七•五期间。
我国开始建设高速公路，多数都采用了水泥稳定粒料（碎石和砾石）作为基层，有些高速公路还采用水泥稳定土作为底基层。
摊铺1
摊铺2
碾压
（二）石灰稳定材料
在粉碎的或原来松散的土（包括各种粗、中、细粒土）中，掺入足量的石灰和水，经拌和得到的混合料，在压实及养生后，当其抗压强度符合规定的要求时，称为石灰稳定材料。
用石灰稳定细粒土得到的混合料简称石灰土。
用石灰稳定中粒土和粗粒土得到的混合料，视所用原材料而定，原材料为天然砂砾土时简称石灰稳定砂砾土。
原材料为天然碎石土时简称石灰稳定碎石土。
用石灰土稳定级配砂砾（砂砾中无土）和级配碎石（包括未筛分碎石）时，也分别简称石灰稳定砂砾土和石灰稳定碎石土。
用石灰稳定土铺筑的路面基层和底基层，分别称石灰稳定土基层和石灰稳定土底基层，或分别简称石灰稳定基层和石灰稳定底基层。
也可在基层或底基层前标以具体简称，如石灰稳定碎石土基层、石灰稳定土底基层等。
石灰土在我国道路上的应用已有几十年历史。
在缺乏砂石材料地区，广泛应用石灰土做各种路面的基层和底基层。
石灰稳定土具有良好的力学性能，并有较好的水稳性和一定程度的抗冻性，它的初期强度和水稳性较低，后期强度较高。
由于干缩、温缩系数较大，易产生裂缝。
石灰稳定土适用于各级公路路面的底基层，可用作二级和二级以下公路的基层，但石灰土不应用作高级路面的基层。
在冰冻地区的潮湿路段以及其它地区的过分潮湿路段，不宜采用石灰土做基层。
在只能采用石灰土时，应采取措施防止水分侵入石灰土层。
此外，石灰常与其它结合料（如水泥）一起综合稳定土，此时，石灰起着一种活化剂的作用。
有时，在加石灰的同时，还掺加工业废渣（粉煤灰、煤渣等）或少量的化学添加剂（如CaCl2、NaOH、Na2CO3等）以改善石灰和土之间的相互作用和石灰稳定土的硬化条件。
（三）石灰工业废渣稳定材料
工业废渣包括：
粉煤灰、煤渣、高炉矿渣、钢渣（已经过崩解达到稳定）及其他冶金矿渣、煤矸石等。
一定数量的石灰和粉煤灰或石灰和煤渣与其他集料相配合，加入适量的水（通常最佳含水量），经拌和、压实及养生后得到的混合料，当其抗压强度符合规范规定的要求时，称石灰工业废渣稳定材料。
石灰工业废渣材料可分为两大类：
石灰粉煤灰类和石灰其他废渣类。
用石灰粉煤灰稳定细粒土（含砂）、中粒土和粗粒土时，视具体情况可分别简称二灰土、二灰砂砾、二灰碎石、二灰矿渣等。
其中砂砾、碎石、矿渣、煤矸石等可能是中粒土也可能是粗粒土，都统称为集料。
石灰工业废渣稳定材料同样是一种经济实用的筑路材料，具有较优良的性能，可用于各种交通类别道路的基层和底基层。
由于以石灰为活性激发剂，石灰工业废渣为主要胶结材料，早期强度较低，但是后期强度与水泥稳定材料基本类似，因此石灰工业废渣稳定材料具有良好的力学性能和板体性。
石灰工业废渣稳定材料在温度、湿度变化时也易产生裂缝，当细颗粒含量高时开裂更为严重。
石灰工业废渣稳定材料的抗水损害的能力较水泥稳定同样材料抗水损害的能力差，但是其在温度、湿度变化时产生的温缩、干缩系数较水泥稳定同样材料的温缩、干缩系数小。
石灰工业废渣可适用于各级公路的基层和底基层。
但二灰土不应用作高级沥青路面的基层，而只用作底基层。
在高速和一级公路上的水泥混凝土面板下，二灰土也不应用作基层。
11.2无机结合料稳定材料力学性能
11.2.1无机结合料稳定材料的强度特性
11.2.1.1水泥稳定材料
（一）水泥稳定土的强度作用原理/水泥的水化作用
1．水泥稳定土的强度作用原理
在利用水泥来稳定土的过程中，水泥、土和水之间发生了多种非常复杂的作用，从而使土的性能发生了明显的变化。
这些作用可以分为：
（1）化学作用：
如水泥颗粒的水化、硬化作用，有机物的聚合作用，以及水泥水化产物与粘土矿物之间的化学作用等等。
（2）物理－化学作用：
如粘土颗粒与水泥及水泥水化产物之间的吸附作用，微粒的凝聚作用，水及水化产物的扩散、渗透作用，水化产物的溶解、结晶作用等等。
（3）物理作用：
如土块的机械粉碎作用，混合料的拌和、压实作用等等。
2．水泥的水化作用
在水泥稳定土中，首先发生的是水泥自身的水化反应，从而产生出具有胶结能力的水化产物，这是水泥稳定土强度的主要来源。
水泥的水化反应简式如下所示。
硅酸三钙：
硅酸二钙：
铝酸三钙：
铁铝酸四钙：
水泥水化生成的水化产物，在土的孔隙中相互交织搭接，将土颗粒包复连接起来，使土逐渐丧失了原有的塑性等性质，并且随着水化产物的增加，混合料也逐渐坚固起来。
但水泥稳定土中水泥的水化与水泥混凝土中水泥的水化之间还有所不同。
这是因为：
（1）土具有非常高的比表面积和亲水性；
（2）水泥稳定土中的水泥含量较少；（3）土对水泥的水化产物具有强烈的吸附性；（4）在一些土中常存在酸性介质环境。
由于这些特点，在水泥稳定土中，水泥的水化硬化条件较混凝土中差得多；特别是由于粘土矿物对水化产物中的Ca（OH）2具有极强的吸附和吸收作用，使溶液中的碱度降低，从而影响了水泥水化产物的稳定性；水化硅酸钙中的C/S会逐渐降低析出Ca（OH）2，从而使水化产物的结构和性能发生变化，进而影响到混合料的性能。
因此在选用水泥时，在其它条件相同时，应优先选用硅酸盐水泥，必要时还应对水泥稳定土进行“补钙”，以提高混合料中的碱度。
（二）离子交换作用/化学激发作用/碳酸化作用
1、离子交换作用
土中的粘土颗粒由于颗粒细小、比表面积大，因而具有较高的活性，当粘土颗粒与水接触时，粘土颗粒表面通常带有一定量的负电荷，在粘土颗粒周围形成一个电场，这层带负电荷的离子就称为电位离子；带负电的粘土颗粒表面，进而吸引周围溶液中的正离子，如K+、Na+等，而在颗粒表面形成了一个双电层结构，这些与电位离子电荷相反的离子就称为反离子。
在双电层中电位离子形成了内层，反离子形成外层。
靠近颗粒的反离子与颗粒表面结合较紧密，当粘土颗粒运动时，结合较紧密的反离子将随颗粒一起运动，而其它反离子将不产生运动；由此在运动与不运动的反离子之间便出现了一个滑移面。
在硅酸盐水泥中，硅酸三钙和硅酸二钙占主要部分，其水化后所生成的氢氧化钙所占的比例也较高，可达水化产物的25％，大量的氢氧化钙溶于水以后，在土中形成了一个富含Ca2+的碱性溶液环境。
当溶液中富含Ga2+时，因为Ca2+的电价高于K+、Na+等离子，因此与电位离子的吸引力较强，从而取代了K+、Na+，成为反离子，同时Ca2+也双电层电位的降低速度加快，如图所示。
因而使电动电位减小、双电层的厚度降低，使粘土颗粒之间的距离减小，相互靠拢，导致土的凝聚，从而改变土的塑性，使土具有一定的强度和稳定度。
这种作用就称为离子交换作用。
2、化学激发作用
钙离子的存在不仅影响到了粘土颗粒表面双电层的结构，而且在这种碱性溶液环境下，土本身的化学性质也将发生变化。
土的矿物组成基本上都属于硅铝酸盐，其中含有大量的硅氧四面体和铝氧八面体。
在通常情况下，这些矿物具有比较高的稳定性，但当粘土颗粒周围介质的PH值增加到一定程度时，粘土矿物中的部分SiO2和Al2O3的活性将被激发出来，与溶液中的Ca2+进行反应，生成新的矿物，这些矿物主要是硅酸钙和铝酸钙系列，如
、
、
、
等，这些矿物的组成和结构与水泥的水化产物都有很多类似之处，并且同样具有胶凝能力。
生成的这些胶结物质包裹着粘土颗粒表面，与水泥的水化产物一起，将粘土颗粒凝结成一个整体。
因此，氢氧化钙对粘土矿物的激发作用，将进一步提高水泥稳定土的强度和水稳定性。
3、碳酸化作用
水泥水化生成的Ca（OH）2，除了可与粘土矿物发生化学反应外，还可以进一步与空气中的CO2发生碳化反应并生成碳酸钙晶体。
其反应如下：
碳酸钙生成过程中产生体积膨胀，也可以对土的基体起到填充和加固作用；只是这种作用相对来讲比较弱，并且反应过程缓慢。
11.2.1.2石灰稳定材料
（一）绪论/离子交换作用/氢氧化钙的碳酸化反应
1、绪论
石灰加入土中后，由于石灰与土的相互作用，使土的性质得到了改善，以满足工程的要求。
在初期，主要表现在土的结团，塑性降低，最佳含水量的增加和最大干密度的减小等。
在后期，由于结晶结构的形成，提高了板体性、强度和耐久性。
土是由许多颗粒（包括粘土胶体颗料）组成的分散体系，它的化学组成和矿物成分很复杂。
所以石灰加入土中后，除了产生物理吸附作用外，还要产生复杂的物理化学作用和化学作用。
作用的程度与外界因素（湿度、温度等）有关，因湿度、温度的不同而有差异，因此，对石灰稳定土作用原理的研究是一个复杂的综合性课题。
国内外研究资料表明，石灰与土的作用可以归纳为以下四种反应过程。
2、离子交换作用
石灰加入土中后，氢氧化钙能够溶解于水，所以其进入溶液内并离解成带正电荷的钙离子和带负荷的氢氧根离子。
Ca（OH）2—→Ca2+＋2OH-
同样，石灰中的氢氧化镁离解成镁离子和氢氧根离子。
当土中的粘土胶体颗粒的扩散层大都是一价的K+、Na+等离子时，由离子Ca2+和Mg2+与土的吸附综合体中的低价阳离子K+、Na+进行交换作用。
交换的结果使得胶体扩散层的厚度减薄，电动电位降低，使范德华引力增大，颗粒之间结合得更紧密，这样就加强了石灰土的凝聚结构，其结果导致土的分散性、湿坍性和膨胀性降低。
这种离子交换作用，在初期进行得很迅速，随着Ca2+和Mg2+离子在土中的扩散逐步地进行，这是土加入石灰后初期性质得到改善的主要原因。
3、氢氧化钙的碳酸化反应
石灰加入土中后，氢氧化钙从空气中吸收水分和二氧化碳可以生成不溶解的碳酸钙，此种反应称为氢氧化钙的碳酸化反应，简称碳化反应。
其化学反应式为：
Ca（OH）2+CO2+nH2O=CaCO3+（n+1）H2O
碳酸化反应实际上是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙，所以这种反应不能在没有水分的全干状态下进行。
碳酸钙是具有较高的强度和水稳性的结晶体。
碳酸钙晶粒或是互相共生，或与土粒等共生，从而对土起到一种胶结作用，使土得到加固。
此外，当发生碳化反应时，碳酸钙固相体积比氢氧化钙固相体积要稍有增大。
使石灰土更加紧密。
从而使它坚固起来。
石灰土的碳化反应主要取决于环境中二氧化碳的浓度，CO2可能由混合料的孔隙渗入，或随雨水渗入，也可能由土本身产生，但数量不多，所以碳酸化反应是一个最慢的过程，特别是当表面生成一层碳酸钙层后，阻碍CO2进一步渗入。
因此，碳化过程更加缓慢。
氢氧化钙的碳酸化反应是个相当长的缓慢的反应过程，也是形成石灰土后期强度的主要原因之一。
（二）火山灰反应/氢氧化钙的结晶反应/总述
1、火山灰反应
石灰加入土中后，氢氧化钙与土中的活性氧化硅和氧化铝作用，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙。
此种反应称为火山灰反应。
其反应式为：
活性SiO2+xCa（OH）2+mH2O—→xCaO•SiO2•nH2O
活性AI2O3+xCa（OH）2+mH2O—→xCaO•AI2O3•nH2O
生成的水化硅酸钙和水化铝酸钙的化学组成是不固定的，其类型和结晶程度不仅与石灰土中CaO/SiO2或CaO/Al2O3的比值有关，而且与温度、湿度等有关。
它们具有水硬性，是一种强度较高、水稳性较好的反应生成物。
由于它们的形成、长大以及晶体之间互相接触和连生，使得土颗粒之间的联结得到加强，即增加了土颗粒之间的固化凝聚力，因此提高了石灰土的强度和水稳定性，并促使石灰土在相当长的时期内增长强度。
2、氢氧化钙的结晶反应
石灰加入土中后，氢氧化钙溶解于水，形成Ca（OH）2的饱和溶液，随着水分的蒸发和石灰土反应的进行，特别是石灰剂量较高时，有可能会引起土中溶液某种程度的过饱和。
Ca（OH）2晶体即从过饱和溶液中析出，从而产生Ca（OH）2的结晶反应。
其反应可用下式表达。
Ca（OH）2+nH2O—→Ca（OH）2•nH2O
此种反应使Ca（OH）2由胶体逐渐成为晶体，晶体相互结合，并与土粒等结合起来形成共晶体。
结晶的Ca（OH）2溶解度较小（其溶解度与不定形的Ca（OH）2相比，几乎小一半），因而促使石灰土强度和水稳定性有所提高。
3、总述
综上所述，石灰土强度提高的主要原因是石灰土中的离子交换反应以及石灰、石灰与土发生化学反应的结果。
在石灰土的四种不同反应中，离子交换反应的速度快，它们发生在石灰加入土中后的较短一段时间内，是石灰土初期发生的主要反应。
石灰土的离子交换反应首先使得土的凝聚结构得到了加强，从而改善了土的初期性质。
而后三种化学反应即氢氧化钙的碳酸化反应、火山灰反应和氢氧化钙的结晶反应，主要生成以下几种结晶程度不一的反应生成物：
碳酸钙、水化硅酸钙、水化铝酸钙和氢氧化钙等。
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