钢筋锈蚀是导致混凝土结构耐久性破坏的主要原因，而在一般大气环境下，混凝土碳化是混凝土中钢筋锈蚀的前提条件。因此研究混凝土碳化的机理与影响因素，建立碳化深度的预测模型，对混凝土结构的使用寿命预测、耐久性评估和耐久性设计具有重要的实际意义。 本研究在宏观上将混凝土看作均质材料，考虑水泥水化程度（养护时间）、环境温湿度和骨料用量的影响，根据碳化过程中混凝土内气态CO2、固态和溶解态的Ca（OH）2、水化硅酸钙（CSH）和未水化的C3S和C2S等物质的质量平衡条件建立微分方程组，运用Visual C++编程建立宏观尺度上的混凝土碳化深度预测数值模型。该模型可以计算碳化深度、部分碳化深度以及CO2浓度、pH值和孔隙率等在碳化区的分布规律，而且模型计算结果与试验结果吻合较好。利用模型计算分析各参数对碳化深度的影响，结果与相关学者的研究成果一致。骨料用量越大，混凝土碳化深度和部分碳化深度越大；碳化深度和部分碳化深度都随养护时间的增大而增大，增大的趋势随养护时间渐缓，直至稳定；碳化深度随环境温度的升高而增大，近似成正比，而温度对部分碳化深度的影响不明显：环境相对湿度60％是碳化深度的转折点，RH<60％时碳化深度随RH的增大而增大，RH>60％时碳化深度随RH的增大而减小。在日平均气温负温出现较少的地区，可以用年平均气温和年平均相对湿度代替日平均温度和相对湿度来计算混凝土碳化深度，计算误差较小。将模型用于水泥砂浆碳化深度的预测，为下一步细观模型的建立做准备。细观上将混凝土看作由水泥砂浆和粗骨料两相组成。建立考虑骨料随机分布的混凝土截面几何模型，将水泥砂浆划分Voronoi单元，相邻水泥砂浆单元间考虑碳化过程。利用Visual C++编程建立混凝土碳化深度预测的细观随机模型并进行相关验证，以考虑骨料随机分布对碳化深度分布的影响。利用混凝土碳化深度预测的细观随机模型分析混凝土碳化深度的概率分布，结果表明碳化深度均近似服从正态分布。