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近年来，由于交通量的急剧增加及行车荷载的不断加大，沥青路面早期损坏现象日渐突出，其中车辙破坏现象以其负面影响的严重性而被广大道路工作者作为研究改善沥青路面使用性能的主要对象。使用大粒径沥青混合料作为沥青路面下面层和在沥青混合料中掺入路用纤维两种方法，在以往研究改善沥青路面路用性能的过程中已经得到充分的验证。本文的研究依托京港澳高速公路湘潭至耒阳段提质改造工程，主要以沥青路面下面层作为分析载体，采用玄武岩纤维大粒径沥青混合料进行了试验研究，通过对玄武岩纤维及大粒径沥青混合料（LSM）共同作用的各项性能指标进行系统分析，得出了玄武岩纤维大粒径沥青混合料路用性能所存在的优势。本文主要的研究工作及结论如下：采用网篮析出、锥入度和DSR动态剪切试验，对比分析了几种常见路用纤维沥青胶浆的吸附性能和高温性能，确定了玄武岩纤维的作用优势。对AC-25C级配沥青混合料进行了标准马歇尔和大型马歇尔的对比试验，结果表明：采用大型马歇尔成型提高了马歇尔指标中的稳定度、流值、密度及饱和度，降低了孔隙率、矿料间隙率及最佳油石比。通过对比分析AC-25C和AC-30C两种纤维沥青混合料的马歇尔指标、高温稳定性、水稳定性随纤维掺量的变化关系，得出两种沥青混合料的最佳纤维掺量分别为0.33%和0.30%。以最佳纤维掺量为基础，通过对比AC-30C类型沥青混合料中玄武岩纤维掺入前后的抗弯拉性能和抗疲劳性能，结果表明：适量玄武岩纤维的掺入能提高沥青混合料的上述两种路用性能。通过试验路段的技术调查，分析了玄武岩纤维LSM的施工工艺，提出了相关注意事项，并提出了建议性的施工检测方法补充和变更，对玄武岩纤维LSM的工程应用进行了经济分析，探讨了其可行性。目前试验路段的正常运行状况良好，研究成果为玄武岩纤维LSM的应用和推广提供了必要的试验依据。