碳化造成混凝土孔隙溶液碱度下降,易引起钢筋锈蚀。实际工程中,外部荷载会导致混凝土内部孔结构改变和微裂缝产生,碳化破坏的速度和程度都远大于单一碳化作用,揭示荷载与碳化耦合作用下混凝土的劣化过程和机理具有重要意义。目前研究工作集中在弯拉荷载作用下混凝土的碳化,而针对轴向应力作用下混凝土碳化及孔结构变化的研究还有待进一步突破。本文研究了不同浓度CO2与轴向荷载耦合作用下C30混凝土碳化深度、碳化物质和孔结构演变,在此基础上建立了应力作用下混凝土碳化深度预测模型。主要工作包括:1.研究了混凝土碳化深度（DC）、部分碳化区宽度（WP）和气体渗透系数(k Au)随CO2浓度和碳化龄期的变化规律,发现混凝土k Au随CO2浓度的增大而增大且与DC呈线性正相关,k Au可以替代DC无损评定混凝土碳化反应程度。提出的逐层磨粉p H值法测定的混凝土碳化深度值为传统酚酞法的1.5～2倍,该方法更客观地反映了混凝土碳化损伤和钢筋锈蚀风险。2.通过XRD与TG试验分析获得了2%和20%CO2碳化28 d净桨试件内全固相物质（CH、C2S、C3S、Calcite、Vaterite、Aragonite和C-S-H凝胶）含量随深度的分布,确定了完全碳化区内残余有5%～10%的CH未发生碳化反应,突破了Lothenbath热力学模型与Papadakis寿命预测模型中CH完全被消耗的假设,为准确建立混凝土碳化深度预测模型提供了关键基础数据。3.研究了轴向应力作用下三种混凝土（相同水胶比、相同塌落度的OPC混凝土、掺30%粉煤灰的FA-C混凝土以及掺50%矿渣粉的BFS-C混凝土）的碳化性能,分析了碳化产物和应力对孔结构的影响。当压应力比小于0.45时,受荷混凝土碳化后的DC、WP、k Au、孔隙率和最可几孔径（d P）均随应力比增大而减小,低应力比压荷载的“基体密实效应”和碳化产物Ca CO3引起的“孔隙填充效应”在起主要作用。当压应力比大于0.45时或在拉应力作用下,受荷混凝土碳化后的DC、WP、k Au、孔隙率和d P均随应力比增大而增大,高应力比压荷载或拉荷载的“孔壁破裂效应”和C-S-H凝胶碳化引起的“孔隙粗化效应”占据主导地位。在三种混凝土的完全碳化区中,FA-C和BFS-C混凝土的孔隙率和d P增幅远大于OPC混凝土,显示了C-S-H凝胶碳化引起的“孔隙粗化效应”更为显著;而在其部分碳化区中,孔隙率和d P均小于OPC混凝土,矿物掺合料的“火山灰反应”以及碳化产物引起的“孔隙填充效应”则更为明显。4.基于XRD、TG、MIP和k Au测试结果,优化了现有CDep-GPL模型的三个关键参数,（1）将被碳化CH的占比由100%调整为95%,并增加C2S与C3S碳化影响系数,优化了CO2消耗量;（2）基于混凝土组成、应力和CO2浓度对孔隙分布的影响,优化了CO2有效扩散系数;（3）基于更多应力比下k Au试验结果,优化了应力影响系数。在此基础上,建立了应力作用下混凝土碳化深度预测模型M-CDep-GPL,该模型预测准确度相较于CDep-GPL模型提高30%以上。