混凝土在自然界中可能受到碳化侵蚀,碳化后混凝土体积收缩,严重者甚至产生裂缝,严重影响混凝土的耐久性。但是由于研究方法的限制（例如破坏性研究方式或者复杂系统的整体研究）,对于混凝土碳化开裂条件、特征及碳化侵蚀机理的认识还有所欠缺。基于此,本论文基于新的研究方法和研究思路对水泥基材料的碳化开裂行为及碳化机理进行了研究。首先对于应用微米X射线计算机断层扫描（μCT）技术研究水泥基材料的碳化性能的可行性进行了分析,优化了碳化区裂缝的提取和非碳化区的分割算法,此部分的研究对后续碳化开裂特征的提取打下了基础。接着研究了预干燥对于水泥净浆的碳化开裂性能的影响,并在预干燥和无预干燥条件下分别分析了净浆的碳化特征,为自然界碳化特征的识别提供依据。最后,分别分析水泥中各组分的碳化机理,为碳化控制、利用及碳化预测模型的建立打下基础。研究结果表明,将眼球血管分割技术（B-COSFIRE滤波）引入μCT图片中碳化区的裂缝分割以及将边缘识别技术引入μCT图片中未碳化区的分割,相对于传统的阈值分割技术,这两种方法的引进分别能提高碳化区净浆裂缝及未碳化区区域提取的准确性。从碳化开裂产生的条件来看,当试件进行预干燥之后,水泥基材料更容易发生碳化开裂,相比未预干燥的样品,在此条件下产生的裂缝宽度更大,但是裂缝的数量减少;同时,预干燥能加速水泥浆体的碳化速率。因此,想要避免水泥的碳化收缩开裂,在实验室条件下应该尽量避免碳化前过度干燥;在实际的工程中,尤其对于预制构件,在投入工程应用之前,也应该尽量避免置于干燥环境过长时间。从碳化开裂特征来看,碳化裂缝由外向内延伸,裂缝呈龟裂状,裂缝只在碳化区内扩展,较少进入未碳化区。但长时间碳化也会形成贯穿裂缝。从表面裂缝来看,成型面和地面出现三角放射状的裂缝,侧面主要为纵向裂缝,表面裂缝的宽度都先增大后缩小。从水泥水化前后各组分的碳化机理来看,未水化水泥在无水条件下碳化缓慢,即使周围环境具有较高的湿度也不会显著加快碳化速度。因此,只有加入足够水搅拌形成水泥浆体,才可能发生显著的碳化。在加水条件下,碳化能促进水泥的水化程度,生成更多的碳化产物填充孔隙,从而有效降低孔隙率。另外还观察到,C3S浆体碳化后生成致密的碳化产物,能有效抑制碳化的进一步进行;相比C3S,C2S碳化活性较高,但是碳化产物远没有C3S的碳化产物致密,因此CO2气体可直接碳化进入内部;C3A的碳化活性较低,生成的碳酸钙极少,但是同样由于碳化产物致密性低,碳化深度增加较快;C4AF的碳化产物也没有C3S的碳化产物致密,但是C4AF的水化活性很高,在早期就可生成大量产物从而填充孔隙,提高水泥的抗碳化性能。因此,从抑制混凝土的碳化收缩的角度,可采用适当增加水泥中C3S和C4AF组分的含量,降低C2S和C3A的含量的方式,从水泥基本组分方面降低混凝土的碳化收缩程度,提高硅酸盐水泥的抗碳化性能。