透水沥青路面是海绵城市建设中的一项关键技术。开级配磨耗层(OGFC)作为一种透水沥青路面的结构形式,具有抗滑、降噪、排水等优点。然而,开级配磨耗层相对较低的结构强度和使用过程中不可逆的淤塞行为成为制约其发展的关键因素。本文依托国家自然科学基金项目“基于油石固结增强和整体性能提高的沥青路面水损害关键技术研究”与吉林省科技厅项目“海绵城市建设中透水路面淤塞综合防控关键技术研究”,基于季冻区春融季节的气候特性,对油页岩废渣用于透水沥青路面的路用性能及透水功能进行了深入研究,为季冻区透水型路面的结构设计和施工提供理论依据和技术支持。主要研究内容如下:1.油页岩废渣粉/硅烷偶联剂复合改性沥青的性能研究首先通过表面预处理法和直接掺拌法两种工艺制备出油页岩废渣粉/硅烷偶联剂复合改性沥青试样,并基于基础性能试验分别确定表面预处理法和直接掺拌法的最佳制备工艺。然后通过针入度、软化点、延度、旋转薄膜烘箱老化试验、TG热重分析、红外光谱和差式扫描量热等试验,对比表面预处理法和直接掺拌法两种制备工艺,确定油页岩废渣粉/硅烷偶联剂复合改性沥青的最佳制备工艺和性能增强机理。根据基础性能试验发现,两种制备工艺下制备出的油页岩废渣粉/硅烷偶联剂复合改性沥青均具有较好的低温性能、高温性能、感温性能和抗老化性能,直接掺拌法相较表面预处理法有着更好的改性效果。红外光谱试验表明,油页岩废渣粉/硅烷偶联剂复合改性沥青的改性机理不仅仅是物理共混,还有一定的化学改性。2.油页岩废渣替代细集料的透水沥青路面路用性能研究在油页岩废渣粉/硅烷偶联剂复合改性沥青性能研究的基础上,提出一种高强、环保、经济的OGFC沥青混合料NM-OGFC(Novel Material Open Graded Friction Course)的制备方法:利用筛分后的油页岩废渣等比例替换透水型沥青混合料中粒径在4.75mm以下的集料,并加以硅烷偶联剂辅助改性。基于外切中心复合设计方法,对NM-OGFC沥青混合料的油石比、硅烷偶联剂掺量、拌合温度和击实次数四种影响因素进行优化,确定NM-OGFC沥青混合料的最佳制备工艺。通过马歇尔试验、车辙试验、低温劈裂试验、低温小梁弯曲试验、浸水马歇尔试验、春融稳定度试验和松散试验等路用性能试验,对NM-OGFC沥青混合料的路用性能进行验证。试验数据表明NM-OGFC沥青混合料具有良好的路用性能,证实了采用油页岩废渣替代混合料中细集料的可行性,也表明了油页岩废渣用于替代细集料比用于改性沥青有着更好的经济性和路用性能。3.油页岩废渣替代细集料的增强机理研究首先通过离散元数值模拟对透水沥青路面结构受力机理进行探讨,确定透水沥青路面的结构受力特性和主要承载粒径。然后根据油页岩废渣填充沥青砂浆性能试验、BET试验、电镜扫描试验、沥青吸持率试验、界面沥青饱含率试验和粘附界面原位观测试验系统地对油页岩废渣与沥青的吸附行为进行深入研究。试验结果表明油页岩废渣替代细集料的透水沥青路面的增强机理是由于油页岩废渣表面孔隙结构较为发育,介孔形状多样,具有独特的层柱状连通构造和细胞状结构触角,提高了沥青与集料的吸附面积,并在粘附界面形成了“爪膜”结构,进而改变了沥青与集料的结合方式,提高了沥青砂浆自身性能,从而使得透水沥青混合料的宏观力学性能显著提高。4.透水沥青路面在季冻区中的淤塞行为试验研究通过筛分法对春夏两季路表淤塞物进行了采集分析,研究了春夏两季路表淤塞物的粒度特征,发现不同路表淤塞物粒径分布的差异性与日均交通量、区域、环境、天气、季节以及路表材质类型和凹凸程度有很大关系。尤其是严寒季冻区的春夏两季,粒径分布差异特别明显,这是由于在严寒季冻区的冬季抛洒的防滑砂引起淤塞物粒径的整体提高。基于这一特征,建立起严寒季冻区春夏两季淤塞行为模拟试验系统,提出了相关实验参数和试验方案。然后基于季冻区春夏两季淤塞行为模拟试验系统及熵权法,提出室内淤塞行为模拟试验的综合评价指标—淤塞系数。通过对比透水系数损失率、空隙率损失率、质量增加率曲线,发现综合三种评价指标得到的淤塞系数具有较好的客观性、有序性以及合理性。5.油页岩废渣替代细集料的透水沥青路面淤塞特性研究针对季冻区春夏两季不同的淤塞行为,在春夏两季淤塞行为模拟试验系统的基础上,对基质透水沥青混合料、SBS改性透水沥青混合料和NM-OGFC沥青混合料的两季淤塞行为进行了深入探讨。通过Mistcherlich生长模型对双季环境下透水沥青混合料的淤塞行为进行研究,建立起透水沥青路面的Mistcherlich淤塞模型,量化了透水沥青混合料的淤塞过程。其中,最大淤塞程度和淤塞速率可以作为评价指标量化透水路面的淤塞进程。通过对比两项指标,发现了油页岩废渣替代透水沥青混合料中的细集料可以有效改善孔隙的分布,减少了自由沥青堵塞空隙的概率,有效提高了沥青混合料抵抗淤塞行为的性能。通过对比两季的淤塞模型,发现春夏两季透水沥青路面的淤塞行为存在两种淤塞模式:一种是春季快速淤塞行为,另一种是夏季缓慢沉积淤塞行为。最后,基于熵-灰关联理论,确定影响春季透水沥青路面淤塞行为的关键粒径为砂质淤塞物,粒径范围在150μm~1180μm,从而为更好地满足透水沥青路面透水功能持久性要求的设计提供了参考。