混凝土碳化现象普遍存在于混凝土结构工程，诱发混凝土结构中的钢筋锈蚀膨胀，导致混凝土保护层开裂甚至剥落，是一项影响混凝土结构耐久性的重要因素。碳化深度是判断混凝土碳化程度的量性指标。混凝土碳化过程中受物理化学共同作用，通过二氧化碳气体的物理扩散，在混凝土孔隙液相中与混凝土本身的碱性物发生化学反应。目前，国内外学者从不同角度对混凝土碳化机理进行分析，提出了相应的碳化深度预测模型，所得结论基本一致，混凝土的碳化深度与碳化时间的平方根成正比。碳化过程的扩散系数可以通过理论推导或对实测数据的拟合获得。在数值模型中，如采用理论模型的扩散系数，以扩散系数值为常量，进行模拟，造成预测结果偏差较大；而采取经验模型中由拟合而获得的系数，缺乏相应理论的支持。因此，有必要探寻建立数值模型的理论依据，以及适应于其计算碳化过程扩散系数。本文总结分析国内外混凝土碳化预测模型的理论推导过程。通过对混凝土碳化机理的分析，采用菲克第二定律为描述碳化过程数值模型的控制方程。并针对普通混凝土表层采取分区分层法来确定扩散系数，即将混凝土分为水泥硬化浆体与骨料两部分，沿深度方向从不同层面确定扩散系数。为解决二氧化碳在混凝土中的扩散问题提供了一种新方法。主要内容如下：（1）通过分析已有的碳化深度预测模型的建立过程，拟定本文的数值碳化模型的控制方程。由于混凝土碳化是物理化学共同作用，但就发生速率而言，化学反应远远高于物理扩散，因此可认为其控制方程为仅考虑物理扩散作用，拟定以二氧化碳的扩散深度表示整体的碳化深度。由于气体在混凝土孔结构中，多以菲克扩散形式为主，因此应用菲克第二扩散定律，拟定数值模型的控制方程。（2）为实现其数值模型的建立，以普通混凝土为例，拟定普通混凝土碳化模型中的扩散系数。在能反映普通混凝土扩散性的四个指标中（水灰比、水泥用量、砂率以及抗压强度），运用数理统计中通径分析方法找到水灰比为其主要影响因素。（3）以水灰比为主要因素，考虑骨料在混凝土中的分布特点，提出了分区分层法拟定扩散系数，即将混凝土分为水泥硬化浆体与骨料两部分，沿深度方向从不同层面确定扩散系数。（4）结合试验，对所建立的普通混凝土数值模型进行验证。由于分析模式同热传导瞬态问题相似，故采用有限元软件ANSYS进行模拟。模拟数据与试验数据具有一定联系，一定程度上证实本文的数值模型的可行性。