二氧化碳养护混凝土过程中发生的是一个急速的反应，反应会放出热量。混凝土骨料是化学惰性的，但是对混凝土制品的渗透性以及孔隙率有影响。在水泥碳化生成CaCO₃的过程中，主要是水泥矿物组分和CO₂气体溶解在微孔水中形成离子发生反应。来自水泥的Ca²⁺离子和来自二氧化碳气体的CO₃^2-离子发生化学反应生成碳酸钙并以晶体的形式析出。Ca²⁺离子含量降低或CO₃^2-离子浓度降低都会使反应速率变慢。离子浓度低有两个原因，一方面有可能是碳化反应已经很充分，没有碳化活性的组分存在，另一方面有可能是离子的迁移受到限制，阻碍了反应的继续进行^[5-7]。

基本的混凝土知识能够很好的解释CaCO₃的形成，但是在二氧化碳加速混凝土养护过程中还必须考虑CO₂的渗透和扩散对反应速率的影响。往往没有碳化完全，主要原因还是受到CO₂气体以及离子的渗透和扩散的限制，例如水能够影响离子的迁移，限制离子之间的反应。由于一系列的离子迁移约束，混凝土碳化一般分两个步骤：急速的反应阶段和接下来主要受扩散控制的反应阶段。

(1)刚开始CO₂气体通过急速的气体流通和薄弱的水层扩散进入到未饱和的微孔网络。在剧烈的反应中生成水(式1.7)，进一步使微孔中的水分增多，减少了CO₂气体的渗透速度。CO₂气体在饱和的微孔中的渗透速度(D=10^-9m²/s)比未饱和微孔中低一万倍^[6,8]。

(2)主要的反应产物—碳酸钙是难溶性的，相比氢氧化钙的体积增大11.8%。

如今，人们已经意识到混凝土是一种很好的固定和消耗CO₂的媒介^[5]。自从碳化技术最早应用在工业上，主要是改善产品的性能以及降低成本。由于其在固定二氧化碳、缓解温室气体的污染方面有着广阔的应用前景，越来越受到工业和环境部门的追捧。

由于硬化水泥基体的渗透性很低，外表面的C-S-H凝胶的脱钙程度高，硬化水泥基体里面还含有丰富的CH^[9]。然而，长期的二氧化碳的碳化使C-S-H凝胶凝胶最终分解为碳酸钙，不溶性硅胶和水。