目前,混凝土结构在很多领域都普遍存在,是我国基础设施中的主导结构。随着社会的发展,混凝土结构处于极其复杂的环境中,碳化和冻融成为其中最常见的两种破坏原因,对混凝土造成非常严重的破坏,影响结构的耐久性和力学性能。国内外不少学者对碳化及冻融循环耦合作用下混凝土耐久性进行了研究,在此类试验中,若碳化时间较短,混凝土内部存在完全碳化区、部分碳化区和未碳化区,在测定混凝土试块的相关性能时,各部分碳化区都发挥了各自的作用,无法判断性能的改变取决于哪一部分;对于混凝土在完全碳化和冻融循环作用后的应力-应变关系的研究还比较匮乏。因此,研究混凝土在碳化和冻融循环耦合作用下耐久性能和力学性能具有重要意义。本试验作为国家自然科学基金课题《冻融循环作用下混凝土及预应力混凝土结构的受力性能研究》(50978224)的深入研究,主要内容与研究结果如下:1、制作了 C30、C40、C45三个强度等级共234个混凝土试件。2、每个强度各取5个棱柱体试件,先进行冻融循环试验,设定相应冻融次数,随后进行碳化试验,测定一定碳化龄期时的碳化深度,试验研究结果表明,冻融加剧了混凝土的碳化,并建立了相应的碳化深度计算公式。3、其余试件进行完全碳化试验后,放入冻融箱内进行冻融循环,每循环25次取出试件测定质量和横向基频。结果表明:冻融循环次数越多,破坏程度越严重;质量损失率数值变大,速率变快;相对动弹性模量数值减小,速率变快。碳化加剧了混凝土的冻融破坏,且混凝土强度越低,抗冻性越差。4、对先完全碳化后冻融的混凝土试件,达到冻融循环次数时,分别进行立方体抗压强度试验、轴心受压试验、劈裂抗拉试验和轴心受拉试验,研究相应的破坏形态和力学性能,并对应力-应变曲线上的特征参数进行分析。结果表明,碳化会使强度有所提升,但随冻融循环次数的增加,强度线性下降;受压峰值应力及受拉峰值应力均减小,受压峰值应变和极限应变增加,受拉峰值应变减小,且混凝土强度等级越低,变化速度越快。建立各特征点与完全碳化后冻融循环次数及混凝土抗压强度平均值的关系式,并分别对曲线进行拟合。