本研究依据北京地区自然环境中混凝土的服役特点,即北京地区混凝土构件主要经历的劣化因素为碳化及冻融循环。混凝土构件一般在春季或夏季浇筑,在春季和夏季经历碳化,在冬季经历冻融循环。实验顺序是碳化后进行冻融循环。在冬季铺洒除冰盐来减少积雪对行车安全性的影响,混凝土设施的部分位置经历盐水条件下的冻融循环。以普通混凝土、掺加粉煤灰混凝土、引气混凝土及粉煤灰与引气剂双掺四类混凝土为研究对象。再经历多种劣化作用后分别测试混凝土的宏观指标和微观参数,对比分析碳化对混凝土抗冻性能的影响。研究表明,碳化能够减缓混凝土的冻融循环损伤速率,提高混凝土的抗冻耐久性。以损伤系数、水灰比、粉煤灰掺量、含气量、碳化环境、碳化时间、冻融循环环境及冻融循环次数建立耐久性预测模型,通过本研究的数据验证,模型适用于碳化后混凝土再次经历冻融循环试件的动弹性模量的预测。通过测试混凝土内部的微观构造可知,掺加粉煤灰使得混凝土内部的<8nm级的孔径增加,275nm~2000nm级孔径略有减少,掺加引气剂使得混凝土内部的275~2000nm级的孔径增加幅度较大,其他尺寸孔径含量的变化幅度较小。碳化后8~40nm级孔径增加幅度较大,40~80nm级孔径含量减少的幅度较大。相同冻融循环次数的条件下,碳化后混凝土内部孔径含量的变化幅度较小。用灰色关联理论分析混凝土内部微观参数与混凝土动弹性模量的变化趋势的相关性可知,分形维数、中值孔径(面积)及孔隙率的变化趋势与动弹性模量的变化趋势最为接近。以分形维数、中值孔径(面积)、平均孔径及孔隙率与动弹性模量建立计算模型,通过本研究测得数据验证,模型适用于通过微观参数预估混凝土试件的动弹性模量。在本研究对于交通运输等领域的混凝土基础设施的耐久性评估方面具有一定的指导意义。在以微观构造预测混凝土动弹性模量方面具有一定的理论价值。