碳化是空氣中的CO?在有濕氣存在的條件下與水化水泥礦物質反應的一個過程。CO?主要與Ca(OH)2反應生成碳酸鈣，同時與其它水泥化合物反應生成為半碳化鋁酸鈣。反應有三個階段。第一階段，CO?擴散進混凝土中，第二階段，CO?與H20分子反應，第三階段，生成的碳酸與混凝土中的堿性組份反應。碳化從混凝土表層到內部侵入的速度很慢，因為在上面反應中釋放的濕氣要擴散出去以保持大氣和混凝土內部的動態平衡。

        碳化發展的速度取決于結構含水量和混凝土結構周圍的相對濕度。碳化也很大程度地受空氣中CO?濃度、水泥種類、混凝土水灰比和混凝土密實度的影響。碳化的進行必須有濕氣和CO?結合，顯然，空氣相對濕度決定了碳化速度。相對濕度在40~75%之間時碳化快，而濕度更低和更高時則碳化慢。 

        對不同暴露環境、不同種類混凝土的實際現場測量表明，在適當的條件下，混凝土經過30年后僅碳化幾毫米，而在惡劣條件下，可能不到10年碳化就超過了20毫米。更有甚者，在不做養護的情況下，半年的時間就會出現碳化超過5毫米的情況。

        普通混凝土的碳化會使混凝土表層強度增長，減小滲透性，這是因為CaCO?減少了混凝土的空隙，混凝土表面形成的碳酸鈣會保護混凝土不進一步受侵蝕。而另一方面，碳化破壞了水化水泥漿的堿性環境對鋼筋防止銹蝕的保護作用。碳化反應的進行降低了初始pH值為12到13之間的堿溶液的飽和度。當空隙水的pH值下降到低于9時，堿度不再能維持氧化膜的鈍性，隨之電解質就會進入引起鋼筋的電化學反應。pH值低于9時的混凝土通常屬于碳化了的混凝土。 

        滲透性強的混凝土碳化時由于碳酸根離子對混凝土中仍然存在的游離石灰的作用會使混凝土滲透性更強。類似地，氯鋁反應產物的碳化可以釋放出氯離子，而在此之前，水化鋁酸鈣同氯化鈉的反應除去了孔隙溶液中的氯離子。因此，盡管可以將溶液中的氯化物清除，但如果同時存在碳化反應，則氯化物又會相繼被釋放出來。這個過程在碳化嚴重的混凝土中加速了鋼筋的銹蝕。 

        碳化還會使混凝土存在相應的收縮。當混凝土承受室外干濕交替時，由碳化引起的收縮會逐漸加重并且不能恢復，最終導致混凝土表面產生裂縫。

        制作高密實的混凝土、做好施工過程中的養護能防止或極大地減輕碳化。同時盡早的對混凝土進行防護處理，也能有效的減輕碳化，提供混凝土耐久性。