碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）具有轻质高强、耐腐蚀等优异性能，近年来，被广泛地应用于土木工程领域，如桥梁结构的加固及新建结构的增强。同传统的结构材料（如钢筋）相比，CFRP在较高温度下性能会急剧劣化甚至燃烧，故CFRP的高温抗火性能是影响其土木工程应用的重要因素之一。CFRP的高温抗火性能取决于碳纤维与树脂基体，该领域的研究除针对CFRP及其结构在高温中性能演化外，还关注CFRP经历火灾后或其它高温极端情况后的性能变化，本文将着重研究高温后情况，即第二种情况，并且针对碳纤维的性能演化。高温火灾下，CFRP表面的碳纤维处于富氧环境，而CFRP内部的碳纤维可能处于无氧环境。基于此，本文将采用两种环境（空气和氩气）、两种高温处理效应（时间和温度）研究碳纤维高温（400℃-700℃）处理后，其结构与拉伸性能的演化规律，建立碳纤维拉伸性能、碳纤维结构及高温条件（时间、温度）的相互关系模型。结果表明，在空气环境下，碳纤维质量随温度的升高而快速下降，至739℃左右，碳纤维完全分解，而在氩气环境下，高温处理没有引起碳纤维质量明显下降。在空气环境下，高温处理引起碳纤维直径降低，粗糙度增加，密度及C-C骨架含量逐步下降，表面无序，内部微孔尺寸及微孔粗糙度增加，微晶尺寸变小，石墨层间距逐渐增大;而在氩气环境下，纤维直径基本保持不变，由于表面小沟槽合并，纤维粗糙度降低，C-C骨架及其它官能团含量基本保持不变，但表面微晶缺陷引起的无序性增加，微孔、表面粗糙度及石墨层间距增大。随高温处理温度增加，碳纤维的拉伸强度在空气与氩气环境下的退化规律基本一致；同样温度下，增加高温处理时间，碳纤维在氩气环境下的拉伸强度保留率高于空气环境；在空气环境下，高温处理导致碳纤维表面发生氧化刻蚀，拉伸模量下降，但在氩气环境下，模量基本保持不变。碳纤维可以简化成为理想的两层结构模型（皮芯结构模型），表层厚度为0.818μm，据此模型可知碳纤维在高温下的分解温度大约为550℃，分解时间大约为6小时。根据高温处理后碳纤维力学性能的退化机理，推导出了在两种环境下碳纤维拉伸强度随处理温度和时间变化的退化模型。