从混凝土碳化机理角度出发,混凝土中的可碳化物质会持续与大气环境中的CO₂发生反应,致使保护层碱性逐渐变小,钢筋钝化膜被破坏。针对北方地区混凝土结构冬季到春季发生冻融,其余时间发生碳化这一交替进行的现象,在混凝土纯碳化理论的基础上增加冻融及应力的影响,分析冻融、碳化、应力三因素耦合作用下的混凝土碳化结果,具有一定的实际价值。混凝土结构耐久性研究从上世纪开始已有众多公认成果,在混凝土碳化侵蚀方面主要还是停留在材料层面上,基于试验给出定性结论或经验公式,少有学者将冻融循环及荷载作用同时考虑,并从理论方面分析荷载对构件的影响。本文以冻融环境为前提,研究冻融循环及应力水平对混凝土碳化的影响。从荷载对混凝土孔隙结构的影响机理出发,分析了应力水平对混凝土渗透性能的影响,结合冻融循环对混凝土孔隙率的变化情况,建立了混凝土碳化深度预测模型,并实施了持荷状态混凝土短梁碳化-冻融交替试验,数值模型与试验结果相互验证。本文研究内容和结论有:（1）研究了冻融循环对混凝土碳化深度的影响,建立了冻融环境下混凝土碳化修正数值模型;（2）荷载作用主要改变了混凝土的孔隙结构特征,继而影响混凝土的渗透性,以此修正了考虑荷载及冻融循环作用的二氧化碳扩散系数;（3）在已有理论模型的基础上,结合冻融-荷载对混凝土扩散性能的影响,建立冻融环境下考虑应力的混凝土碳化深度预测模型;（4）分析了荷载作用形式（拉压）及不同应力水平对混凝土体应变、孔隙率和二氧化碳扩散系数的影响,三者变化规律类似;（5）进行持荷状态混凝土梁碳化-冻融交替试验,并采用COMSOL Multiphysics多物理场软件分析模拟求解,对比理论与实际结果,两者具有良好的吻合性。