随着绿色建筑材料的迅速发展,再生混凝土的碳化和碳化造成的再生混凝土结构的钢筋锈蚀引起了广泛的关注。但是,由于再生混凝土的结构不均匀性,准确评估其碳化程度存在很大的难度。因此,研究再生混凝土的不均匀性对抗碳化性能的影响并准确预测其碳化行为有着切实的经济效益、环境效益和社会效益。首先,本文分别提出并量化了普通混凝土与再生混凝土碳化深度的不均匀性,并探索了再生骨料强化方式对再生混凝土碳化深度不均匀性的影响。此外,建立了再生混凝土碳化深度与其碳化区域宽度之间的数学模型、碳化深度与钢筋锈蚀区域宽度之间的数学模型。结果表明:（1）再生混凝土碳化深度的不均匀性远大于普通混凝土。（2）尽管强化再生粗骨料可以降低再生混凝土的碳化深度,但不能降低碳化深度的不均匀性。但是,选择合适强度的原生混凝土制备再生粗骨料,进而制备再生混凝土可以降低其碳化深度的不均匀性。（3）再生混凝土的碳化区域宽度与钢筋锈蚀区域宽度分别比碳化深度大97%-244%与24%-160%。（4）选择较大的碳化区域宽度或钢筋锈蚀区域宽度可以避免高估再生混凝土结构的碳化服役寿命预测结果。（5）计算钢筋锈蚀区域宽度与碳化深度的关系、碳化区域宽度与碳化深度的关系均可采用多项式函数。其次,本文提出了考虑集料和界面过渡区的普通混凝土理论碳化深度模型,包括CO2传输模型与反应模型。进一步地,本文提出了考虑碳化区域不均匀性的受弯钢筋混凝土梁的碳化服役寿命预测模型。结果表明:（1）本文提出的CO2有效扩散系数模型和反应模型可以分别有效地描述CO2在水泥基材料中的传输情况和反应情况,且此理论模型预测的碳化深度与实验得到的碳化深度之间的误差在20%以内。（2）当钢筋混凝土梁在四点抗弯荷载下服役10-200年后,考虑碳化区域分布的碳化深度比不考虑的大25%-30%,当钢筋混凝土梁的混凝土保护层厚度为0-30mm时,考虑部分碳化区的碳化服役寿命比未考虑的大23%-43%。（3）采用受拉区内的完全碳化区域宽度与pH值在9.0-11.5之间的部分碳化区域宽度之和预测钢筋混凝土梁在荷载作用下的碳化服役寿命是最安全的方法。再次,本文测试了不同再生骨料中老砂浆的孔结构特征,并基于第三章得到的理论碳化模型,采用CO2传输系数评价了不同再生骨料中老砂浆的抗碳化性能,进一步评价了不同骨料强化方式的优劣。结果表明:（1）与采用纳米SiO2溶液方法相比,采用CO2气体养护方法强化再生骨料可以更有效地降低老砂浆基体的孔隙率,采用高浓度的CO2气体比低浓度的CO2气体更有效。选择高强的原生混凝土制备再生粗骨料可以更有效地降低老砂浆的孔隙率。（2）再生混凝土新老砂浆基体的孔曲折度约等于0.01,且再生骨料的种类对基体曲折度无明显影响。（3）CO2气体在不同种类骨料的老砂浆中的有效传输系数存在显著的差异。采用合适的再生骨料去提高老砂浆的碳化抵抗力比采用一些昂贵且复杂的强化方法更有效。然后,本文制备了 2种模型化再生混凝土试块,通过采用背散射实验与纳米压痕实验探索了新老砂浆界面过渡区效应与加速碳化前后3种界面过渡区的微结构演变特征。结果表明:（1）新老砂浆界面过渡区效应主要反映在质量较差的砂浆区域,当老砂浆劣于新砂浆时,界面效应在老砂浆处,当新砂浆劣于老砂浆时,界面效应在新砂浆处。（2）碳化前3种界面过渡区的孔隙率高于碳化后,碳化可以分别降低新老砂浆的孔隙率,但是增大了新砂浆-集料界面过渡区与老砂浆-集料界面过渡区之间的孔隙率差异。（3）碳化前3种界面过渡区的弹性模量存在显著的差异,加速碳化前新砂浆-集料界面过渡区、老砂浆-集料界面过渡区与新-老砂浆界面过渡区的弹性模量范围分别为13.5-42.8 GPa,25.7-33.5 GPa和48.7-33.55 GPa。（4）加速碳化降低了 3种界面过渡区的宽度,新砂浆-集料界面过渡区、老砂浆-集料界面过渡区和新-老砂浆界面过渡区的宽度分别降低了26.3%、20.0%和 20.8%。最后,针对再生混凝土的不均匀特性,本文提出了针对多传输基复合材料的多路径模拟方法。并基于以上模拟方法,首次提出了考虑CO2传输系数不均匀性的再生混凝土理论碳化模型,包括CO2传输模型和反应模型。进而基于模拟结果,首次提出了再生混凝土碳化深度的3个特征值:最大值、算数平均值与加权平均值。结果表明:（1）本文提出的多路径模拟方法与文献中的串并联模型可以有效地模拟考虑2种砂浆和3种界面过渡区不均匀性的CO2有效扩散系数模型和反应模型。（2）此理论模型预测的3个再生混凝土碳化深度特征值与实验数据之间的误差在允许范围以内。（3）采用加权平均值会低估再生混凝土的碳化程度,采用最大碳化深度可以避免低估碳化程度。