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沥青混合料是由集料和沥青结合料拌和而成的一种复合材料,沥青与矿料间通过黏附作用形成强度。在黏附过程中,首先需要沥青对集料表面孔隙和纹理进行良好的浸润,并在一系列物理、化学作用下形成黏附,这一过程受到了沥青组分、集料岩性及两者表面特性等因素的直接影响,并进一步决定着沥青混合料的抗水损害、松散剥落、抗裂等多种路用性能和耐久性能。目前,国内外对沥青与集料的浸润特性的研究还尚显不足,而我国现行规范中对沥青与集料黏附性能的评价方法也存在诸多缺陷。本文首先通过压汞试验、SEM扫描电镜试验、激光共聚焦扫描试验和AFM试验对不同种类的石料和沥青的表面特性进行了测试和表征,并选取了孔隙度、平均孔径、孔体积等参数对集料表面孔隙进行表征;选取轮廓的算数平均偏差Ra和均方根偏差Rq等参数对集料和沥青的表面粗糙特性进行表征。通过压汞试验和激光共聚焦扫描试验,结合理论分析建立了考虑集料表面纹理的沥青与集料的浸润模型。在沥青与集料黏附性评价方法上,分别采用表面能参数和SHRP搅动水净吸附试验,以黏附功、浸湿功和剥落率等参数对黏附性进行了表征和评价;设计了沥青在集料表面的扩散试验,通过扩散速率评价沥青在集料表面的扩散和润湿特性。此外,采用Positest AT-A附着力测试仪对不同情况下的沥青与集料间的附着力进行了试验,对沥青-集料黏附体系的破坏位置、沥青和集料种类及集料表面宏观纹理对附着力的影响、水对附着力的影响情况、附着力的愈合情况以及不同沥青老化程度时与集料的附着力进行了研究,同时还在不同情况下测定了沥青胶浆与集料间的附着力,分析了粉胶比、石粉含量、泥粉含量和消石灰含量对沥青与石灰岩和花岗岩集料间附着力的影响情况。之后,采用CFD-ACE+软件模拟了在路面孔隙存水状态下,由交通荷载造成的动水冲刷对混合料孔隙壁面的冲刷作用,分析了荷载压力、孔隙孔径和孔隙连通程度对动水冲刷的影响。最后,对比了不同集料水稳定性试验结果,并同附着力试验结果进行了对比,分析了附着力对水稳定性能的影响。通过研究取得的主要结论包括:集料的表面孔径可根据其分布分为大孔(>100μm)、中孔(100μm~0.1μm)、小孔(0.1μm~0.01μm)和微孔(<0.01μm),其中大孔约占孔的总体积的约50%,中孔约占孔总体积的20%,小孔约占孔总体积的20%,微孔所占比例最小,只有不足10%;集料孔隙参数对其吸附沥青量的影响孔体积>孔隙度>分维数>孔表面积>平均孔径,即沥青对集料的浸润量主要与集料孔隙体积有关,而受集料孔隙孔径的影响相对较小;集料表面孔隙和纹理的分形维数表征了集料表面孔隙和纹理的发育程度和分布特点,并直接影响集料对沥青的吸附量和沥青与集料之间附着力的形成;建立了考虑集料表面纹理的沥青与集料的浸入模型;可通过浸润参数和表面能参数对沥青和集料的黏附性能进行评价,且较大的孔体积和孔隙度有利于集料对沥青的吸附;沥青在石料表面的扩散速率受石料表面粗糙度、沥青种类和沥青老化时间的影响;沥青-石料基材黏附体系在粘结温度为50℃、沥青膜厚度为0.1mm左右时基本为黏附破坏;可采用浸水后附着力和浸水前后附着力比指标对集料与沥青的黏附性能进行评价,并在浸水试验结果的基础上提出了不同降雨分区下浸水附着力和附着力比的指标推荐值;沥青与石料的附着力主要来源于芳香分和胶质,而两者相较而言,又主要来源于胶质;在沥青老化的初始时刻,附着力随沥青老化时间的衰变速率最快,而在老化时间10h以后,附着力随沥青老化时间增加而衰减的速率趋于降低,在老化时间超过18h后,沥青与集料附着力随沥青老化时间增加而产生的衰减趋于平缓。在混合料孔隙内,受水流冲刷作用的破坏主要集中在入口通道和出口通道处,且水流对孔隙冲刷程度受荷载压力、孔径大小和连通程度的影响显著。虽然水稳定性能受级配、体积指标、集料颗粒形状等诸多因素的影响,但仍与附着力指标关联密切。