沥青路面在使用过程中,常常伴随着松散、坑槽等一系列水损害的发生,是现阶段我国公路病害的主要形式之一。在高温多雨的夏季,水分会通过空隙渗入路面结构,与集料表面沥青膜发生置换,而高温会加剧水分子的运动,使得沥青极易从集料表面剥离。对于昼夜温差较大的地区,残留在空隙中的水分容易产生冻胀压力,加速沥青与集料的黏结失效,继而形成严重的水损害。因此,研究水和温度的耦合作用对沥青-集料界面黏附的影响,提出相关技术改善措施对于减少沥青路面的早期病害、延长其使用寿命具有重要意义。首先,本文结合水煮法和扫描电子显微镜,通过光电比色法研究了热水浴和冻融循环2种水温耦合作用对70#基质沥青、SBS改性沥青、高黏沥青3种沥青与玄武岩、石灰岩2种集料间黏附性的影响,解释了其黏附失效行为。结果表明,热水浴和冻融循环对其界面相的破坏模式不同,黏附性在热水浴作用下随水浴时间的增加呈逐渐下降趋势,而在冻融循环作用下随循环次数的增加呈现出高低起伏的变化趋势;高黏沥青在3种沥青中具有最好的长期抗水热及冻融环境影响的性能;光电比色法可以更加准确、可靠地评价热水浴作用下沥青与集料之间的黏附性能,但对于冻融循环作用下的黏附性变化,则需要结合扫描电镜结果才能更好地解释。其次,利用原子力显微镜研究了不同水温耦合作用下各沥青的表面形貌、粗糙度,以探针代替集料对其表面纳观黏附力进行了分析,并选取部分样本利用纳米压痕技术对界面处沥青胶浆的力学性能进行了测试。数据显示,热水浴作用下,沥青表面的蜂状结构会散落为细小的片段,而冻融循环作用下沥青蜂状结构呈现出消失与重构的交替变化行为;短暂的热水浴作用可以提高改性剂与基质沥青的相容性,而短期的冻融循环能够丰富沥青的表面形貌,相比之下沥青性能衰减更为缓慢;热水浴作用下,沥青模量和硬度减小,而冻融循环作用下均表现为增大。然后,利用分子动力学建立3种沥青与2种典型氧化物的界面组合模型,简单模拟水损害,在几种常见温度下进行动力学模拟,通过分析界面能与内聚能探究水温耦合作用对界面黏附性的影响,并给出了针对性的路面材料组成设计建议。结果表明:SBS改性剂能够改善沥青的低温黏附性,而其热稳定性较差,对于改善沥青的高温黏附性贡献很小,在高掺量时需要加入某些添加剂才能更好地发挥其作用;SBS改性剂分子在SBS改性沥青中处于氧化物晶体表面附近,而在高黏沥青中处于整个沥青分子的中间位置,这与其参与界面作用的形式有关。最后,采用大空隙沥青混合料特定的级配,对比研究了SBS改性沥青和高黏沥青对应的混合料在不同水温耦合作用下的水稳定性变化。结果表明:使用高黏沥青能够明显提高沥青路面的水稳定性,减少及预防水损害的发生;热水浴和冻融循环作用均会降低大空隙沥青混合料的水稳定性,但对其影响程度并无明显的强弱之分;浸水飞散试验可以更好地评价大空隙沥青混合料的水稳定性;对于排水路面的上面层,建议采用高黏沥青与玄武岩进行材料组成设计。