碳化是空气中的CO₂在有湿气存在的条件下与水化水泥矿物质反应的一个过程。CO₂主要与Ca(OH)2反应生成碳酸钙，同时与其它水泥化合物反应生成为半碳化铝酸钙。反应有三个阶段。第一阶段，CO₂扩散进混凝土中，第二阶段，CO₂与H20分子反应，第三阶段，生成的碳酸与混凝土中的碱性组份反应。碳化从混凝土表层到内部侵入的速度很慢，因为在上面反应中释放的湿气要扩散出去以保持大气和混凝土内部的动态平衡。

        碳化发展的速度取决于结构含水量和混凝土结构周围的相对湿度。碳化也很大程度地受空气中CO₂浓度、水泥种类、混凝土水灰比和混凝土密实度的影响。碳化的进行必须有湿气和CO₂结合，显然，空气相对湿度决定了碳化速度。相对湿度在40~75%之间时碳化快，而湿度更低和更高时则碳化慢。 

        对不同暴露环境、不同种类混凝土的实际现场测量表明，在适当的条件下，混凝土经过30年后仅碳化几毫米，而在恶劣条件下，可能不到10年碳化就超过了20毫米。更有甚者，在不做养护的情况下，半年的时间就会出现碳化超过5毫米的情况。

        普通混凝土的碳化会使混凝土表层强度增长，减小渗透性，这是因为CaCO₃减少了混凝土的空隙，混凝土表面形成的碳酸钙会保护混凝土不进一步受侵蚀。而另一方面，碳化破坏了水化水泥浆的碱性环境对钢筋防止锈蚀的保护作用。碳化反应的进行降低了初始pH值为12到13之间的碱溶液的饱和度。当空隙水的pH值下降到低于9时，碱度不再能维持氧化膜的钝性，随之电解质就会进入引起钢筋的电化学反应。pH值低于9时的混凝土通常属于碳化了的混凝土。 

        渗透性强的混凝土碳化时由于碳酸根离子对混凝土中仍然存在的游离石灰的作用会使混凝土渗透性更强。类似地，氯铝反应产物的碳化可以释放出氯离子，而在此之前，水化铝酸钙同氯化钠的反应除去了孔隙溶液中的氯离子。因此，尽管可以将溶液中的氯化物清除，但如果同时存在碳化反应，则氯化物又会相继被释放出来。这个过程在碳化严重的混凝土中加速了钢筋的锈蚀。 

        碳化还会使混凝土存在相应的收缩。当混凝土承受室外干湿交替时，由碳化引起的收缩会逐渐加重并且不能恢复，最终导致混凝土表面产生裂缝。

        制作高密实的混凝土、做好施工过程中的养护能防止或极大地减轻碳化。同时尽早的对混凝土进行防护处理，也能有效的减轻碳化，提供混凝土耐久性。