混凝土内部碱性物质的碳化反应是影响混凝土耐久性的主要原因之一，为了更好的对混凝土实际构件耐久性进行预测和分析，有必要对混凝上碳化的影响因素和碳化前后的微观结构变化，进行深入分析和试验验证。本文重点研究了混凝土碳化性能及其影响因素，碳化对混凝土材料微结构的影响。　　 现实环境中，虽然碳化和冻融循环无法同时进行，但是它们之间存在着相互影响，所以本文试验研究了碳化混凝土的抗冻性、不同冻融循环次数后混凝土碳化性能的改变。结果表明，对于普通混凝土其受冻融破坏后抗碳化性能显著降低；碳化初期的普通混凝土抗冻性有所提高，随着碳化深度的增加，抗冻性显著降低。通过分析和试验，证明：在饱水状态下，碳化和冻融循环均不存在耦合作用，但是它们可以通过影响混凝土微结构而相互影响。　　 本文研究了碳化前后气体渗透性能的改变。其中着重研究了混凝上不同碳化程度下气体渗透性能的差异，进而评价碳化对混凝土性能的影响，以及加速碳化深度随时间发展趋势的变化机理。试验表明，碳化混凝土的气体渗透性能显著降低。　　 净浆、砂浆和混凝土碳化速率存在明显差异，这使净浆相关预测模型不能直接应用于混凝土。因此本文分析了集料分布和粒径的变化对混凝土、砂浆碳化反应速率和内部CO2传输的影响，并应用逾渗理论进行了简要分析。结果表明，在本文试验条件下粗骨料含量越多，碳化速率越慢，粒径越大，碳化越慢。粗骨料分布边界效应和界面过渡区对碳化均产生一定影响，其中骨料界面过渡区对碳化速率的影响小于粗骨料粒径和粗骨料含量不同产生的边界效应。细骨料含量对碳化速率的影响存在一个转折点，即随着细骨料的增加，碳化速率减小，当细骨料含量达到一定值时（体积率0.48），碳化速率反而急剧增加，这是由于细骨料含量超过了ITZ逾渗阈值。　　 由于碳化反应前后水泥石微结构发生较大变化，这些影响包括孔隙率和孔隙分布改变，孔隙水饱和度变化，产生碳化收缩裂纹等。所以本文重点对碳化前后的水泥石微结构进行了深入的分析，分析过程中引入了Kelvin孔直径的概念，并计算了加速碳化条件下的水泥石的水饱和孔和未水饱和孔的体积百分率，其中水饱和孔由于被水填满，CO2无法进入，不能发生碳化反应。对于碳化反应中起决定作用的CO2传输过程，本文按传输机理把CO2扩散分成Fick扩散、过渡区扩散和Knudsen扩散，并按发生扩散种类的不同将孔隙划分为Fick扩散的孔，过渡区扩散的孔和Knudsen扩散的孔。微观测试和分析表明，碳化主要发生在过渡区扩散的孔，即孔径范围是几十纳米至几百纳米的孔，且小于Kelvin直径的孔比例明显增加。因碳化细化了孔径，碳化释放的水分部分保留在孔隙中，提高了水泥石的饱和度。　　 由于实际环境中碳化反应发生的边界条件（如CO2浓度，碳化时间，扩散系数、相对湿度等）和试验室加速条件下不同，为了使实验室条件下进行的系列试验能同样应用于室外，本文尝试使用相似理论对已有的碳化速率预测公式进行了修正。