我国的公路建设已经从单纯的大规模建设转入新建与养护维修并重的阶段,废旧沥青混合料的再利用成为各省、地区必须面对和解决好的问题。因此,如何更好地利用废旧沥青混合料使其发挥更大的效益是旧路维修与改造升级的重要课题。发达省份对热再生领域已经进行了比较多的研究;而对于发展相对滞后的内蒙古冬严寒地区,由于其特殊的气候条件不能照搬其他地方的经验。因而,本文依托呼伦贝尔国道111线尼尔基至腾克段一级公路改造升级工程,对热再生沥青混合料进行了系统的研究,以期为寒冷地区热再生沥青混合料的研究与应用提供理论基础与指导。论文首先针对回收沥青混合料变异性大的问题,通过对RAP进行预处理,将RAP分为三种规格,并采用抽提—微孔滤膜真空减压过滤—蒸馏装置对三档RAP材料分别进行了沥青与矿料的分离,使集料与沥青的变异性得到了良好的控制,可靠地实现了沥青与集料的分离。第二,探索确定了固相萃取法用于沥青四组分分析的具体试验方法,然后采用固相萃取法结合紫外光谱法、红外光谱法对不同老化途径的沥青进行了四组分和结构分析,发现沥青老化过程中主要发生了氧化反应,饱和分减少、芳香分转化为胶质、胶质转化为沥青质,并生成了羰基、亚砜基等极性官能团。第三,针对寒冷地区特性研制了沥青再生剂,通过试验对再生剂的性能以及不同再生沥青的再生性能进行研究,结果表明研制的再生剂不仅能够恢复老化沥青的性能,而且10℃延度指标远优于原状沥青,因而对寒冷地区具有很好的适用性。并通过固相萃取法-紫外光谱法和红外光谱法对研制的再生剂的再生机理进行定性定量的分析,发现研制的再生剂不仅补充了老化沥青中的软质组分,还与老化沥青组分之间发生了一定的溶解反应,使老化沥青中的沥青质分子团分散、溶解,并在一定程度上还原了羰基和亚砜基。第四,对不同RAP掺量的再生沥青混合料进行了目标配合比设计与路用性能试验,试验表明添加了再生剂的再生沥青混合料具有良好的路用性能。最后,根据寒冷地区的气候特点,对再生沥青混合料的适用性进行了研究,提出了将长期老化前后的低温性能与冻融循环性能作为寒冷地区再生沥青混合料的关键控制指标。