目前道路工程研究者关于沥青混合料空隙分布、压实特性开展了较多的研究,并在此基础上研究出适用于各种情况下的设计方法和性能试验,研究结果为指导高速公路设计与施工发挥着重要作用。然而,当前室内试验成型控制标准也还是沿用以前的压实标准,性能验证也是按原有的传统方法测试常规的力学指标,这显然与当今高速公路路用性能要求不符。因此,针对目前设计方法存在室内成型方式和现场碾压工况不符、质量控制指标与性能要求不匹配等情况。本文在国内外大量研究的基础上,引入能最大限度模拟路面施工压实状况的剪切压实仪,基于剪切压实成型机理制备试件,在基础上开展沥青混合料空隙空间分布研究,从压实参数与路用性能指标双层次实现不同角度上物理变量与性能参数的有机关联,旨在为路面混合料优化设计提供多角度控制依据。基于此,本文研究主要内容如下:(1)开展基于剪切压实成型的沥青混合料空隙空间分布及空隙率影响因素研究。通过剪切压实仪发展历程、工作原理及特点进一步了解该新型设备功能及应用,并在通过切割试件和CT扫描在宏观和微观上研究混合料空隙空间分布,在此基础上研究出一套剪切压实仪制备均匀试件的方法。最后通过灰关联分析方法研究沥青类型、沥青用量、剪切压实次数及细集料级配对试件空隙率影响。(2)沥青混合料剪切压实性能研究。通过比对不同油石比下沥青混合料在剪切压实两阶段压实参数(CEI、TDI、K1、K2),提出用能量储备指数(ERI)表征路面抵抗车辙等病害能力。(3)沥青混合料路用性能试验研究。开展单轴贯入试验研究高温稳定性,基于离散元软件PFC建立相对应的模型验证;综合三种水稳定性试验方法提出沥青混合料水稳定性合理的评价方法;基于粘弹性力学分析动态模量结果和主曲线,并以此表征了沥青混合料全过程动态特性。(4)基于路用性能试验确定最佳沥青用量。通过剪切压实曲线确定与混合料现场压实相符的能量储备指数;通过单轴贯入试验能体现混合料高温性能同油石比的关系;通过沥青有效膜厚度表征试件水损害前后指标变化随油石比的变化关系;通过动态模量随油石比的变化关系能表征混合料低、中、高温全过程力学性能指标同油石比的关系;通过四种关系可实现基于路用性能的沥青混合料配合比设计。