Cacbonat hóa có nguyên nhân từ sự hòa tan CO₂ trong dung dịch tại các lỗ rỗng của bê tông và phản ứng với canxi từ canxi hydroxit và canxi silicat hydrate để tạo ra khoáng calcite (CaCO₃). Aragonite có thể được hình thành trong điều kiện trời nóng (nhiệt độ cao).

Trong vòng vài giờ, hoặc một, hai ngày, bề mặt bê tông tươi sẽ phản ứng với CO₂ trong không khí. Dần dần, quá trình thâm nhập sâu hơn vào bê tông tỷ lệ với căn bậc hai của thời gian. Sau một năm hoặc lâu hơn, nó có thể đạt đến độ sâu khoảng 1 mm đối với bê tông đặc chắc có độ thấm thấp, được chế tạo với tỷ lệ nước/xi măng thấp, hoặc lên đến 5 mm hoặc nhiều hơn đối với bê tông có độ xốp hơn và thấm vào bê tông được chế tạo với tỷ lệ nước/xi măng cao.

Thí nghiệm cho quá trình cacbonat hóa:

Độ sâu bị ảnh hưởng từ bề mặt bê tông có thể được thể hiện bằng cách sử dụng dung dịch chỉ thị phenolphthalein. Phenolphthalein là một chất kết tinh màu trắng hoặc vàng nhạt. Để sử dụng làm chỉ thị nó được hòa tan trong dung môi thích hợp như dung dịch rượu isopropyl (isopropanol) nồng độ 1%.

Cảnh báo: giống như tất cả các hóa chất, dung dịch phenolphthalein cần được sử dụng hết sức cẩn thận. Ngay cả chính phenolphthalein và rượu isopropyl đều có hại và vì nó chứa cồn nên dung dịch chỉ thị dễ cháy. Nên tránh nuốt phải, hoặc tiếp xúc với da hoặc mắt, cũng như hít phải hơi. Tác động có thể xảy ra đối với cơ thể con người bao gồm tổn thương thận và gây ung thư.

Dung dịch chỉ thị phenolphthalein được nhỏ giọt trên bề mặt bê tông mới tạo vết nứt. Nếu chất chỉ thị chuyển sang màu tím, độ pH trên 8,6. Trường hợp dung dịch vẫn không màu, độ pH của bê tông dưới 8,6. Cho thấy hồ xi măng bị cacbonat hóa hoàn toàn có độ pH khoảng 8,4.

Trên thực tế, ở độ pH 8,6 chỉ có thể cho thấy màu hơi hồng nhạt. Sự thay đổi màu sắc mạnh mẽ, tức thời, màu tím cho thấy có độ pH cao hơn, có lẽ pH là 9 hoặc 10. Thông thường dung dịch lỗ rỗng của bê tông bão hoà với canxi hydroxit và cũng có chứa natri và kali hydroxit; độ pH thường là 13 - 14. Bê tông với dung dịch lỗ rỗng có pH 10 - 12 ít có tính kiềm hơn bê tông vẫn trong tình trạng tốt nhưng vẫn tạo ra sự thay đổi màu mạnh với chỉ thị phenolphthalein. Do đó, sau đó thử nghiệm chất chỉ thị có thể đánh giá chưa đúng độ sâu mà quá trình cacbonat hóa đã xảy ra.
Để khẳng định điều này, sử dụng kính hiển vi hoặc kính hiển vi quang học mẫu mặt cắt mỏng, hoặc kính hiển vi điện tử quét sử dụng các phần đánh bóng - cho thấy các hiệu ứng cacbonat hóa ở độ sâu lớn hơn so với chất chỉ thị phenolphthalein. Mặc dù vậy, thí nghiệm này rất hữu ích như là phương tiện đánh giá ban đầu – là cách nhanh chóng, dễ dàng và được sử dụng rộng rãi.

Chất chỉ thị đã không thay đổi màu sắc gần bề mặt trên và mặt dưới, cho thấy những vùng gần bề mặt này đã cacbonat hóa đến độ sâu ít nhất 4 mm so với mặt trên cùng và 6 mm so với mặt dưới. Trường hợp chất chỉ thị đã chuyển màu tím - phần trung tâm của phiến bê tông - độ pH của dung dịch lỗ rỗng bê tông vẫn còn cao (trên 8,6 có lẽ gần 10). Liệu hồ xi măng ở đây có phải hoàn toàn chưa cacbonat hóa là không xác định, mặc dù màu chỉ thị màu tím mạnh; một đánh giá đầy đủ hơn sẽ yêu cầu kiểm tra dưới kính hiển vi. Chất chỉ thị không được áp dụng cho phần bê tông ở bên phải của hình ảnh này và vì thế bê tông ở đây vẫn giữ nguyên màu sắc ban đầu.

Độ sâu cacbonat hóa xấp xỉ với tỷ lệ căn bậc hai của thời gian. Ví dụ, nếu độ sâu cacbonat hóa là 1mm trong bê tông một năm, nó sẽ khoảng 3 mm sau 9 năm, 5 mm sau 25 năm và 10 mm sau 100 năm.

Như vậy, vấn đề này cần được quan sát và lường trước trong quá trình thi công các công trình, đặc biệt với các kết cấu cần sự ổn định lâu dài, đảm bảo tuổi thọ bền vững cho công trình.