碳化能引起混凝土结构中的钢筋锈蚀,混凝土保护层开裂甚至剥落,对结构安全带来严重的隐患。碳化对结构的影响始终是混凝土结构耐久性研究的重点问题之一混凝土碳化过程包括CO2在混凝土的扩散过程,CO2与混凝土中可碳化物质的反应过程,再加上混凝土本身条件和外部环境等众多影响因素对碳化的影响,使混凝土碳化过程变的非常复杂。本文基于混凝土结构碳化机理,根据质量守恒定律,推导出了混凝土结构碳化过程的控制方程,并基于有限元原理,应用变分法对碳化过程控制方程进行了数值求解分析,得到了CO2扩散系数矩阵、形函数矩阵和碳化反应矩阵,确定了有限元数值求解的基本过程。CO2扩散系数和碳化反应速率是混凝土碳化过程的两个重要影响因素。本文基于碳化过程的偏微分方程,对影响CO2扩散系数和碳化反应速率的外部环境温度,湿度,及CO2浓度等因素进行了讨论,形成了确定CO2扩散系数和碳化反应速率的计算公式。本文在分析了混凝土结构碳化过程和热传导过程相似性的基础上,通过参数转化,APDL编程,采用ANSYS的热分析模块对碳化过程进行了计算机模拟仿真,并基于试验结果进行了模型校准。根据所建立的计算模型,对混凝土碳化过程各影响因素进行了参数敏感性分析。从分析结果可以看出,温度、湿度和CO2浓度对混凝土的碳化有明显影响,而湿度、浓度对混凝土碳化的影响最为敏感。根据本文所形成的数值分析计算体系,作者以混凝土T型截面梁为例,对处于不同地区环境中的混凝土结构碳化过程进行了分析,获得了与实际情况较为符合的碳化发展规律；对处于碳化环境中的不同的T型截面角部构造进行了数值分析,获得了圆形角部构造较为对抵抗碳化有利的结果。本文工作表明,基于混凝土结构碳化过程的控制方程,通过深入研究CO2扩散系数和碳化反应速率的变化规律,能够实现混凝土结构碳化过程的计算机数值仿真,由此为混凝土结构耐久性研究提供研究手段。