随着对沥青路面使用功能以及耐久性能要求的提升,越来越多的新型材料被应用于沥青混合料的改性与增强之中。玄武岩纤维因其出色的物理力学性能以及绿色环保的优势,逐渐成为沥青混合料中常用的纤维改性剂。但在实际施工生产以及试验研究中,常常出现玄武岩纤维结团聚束、难以分散均匀的现象,对沥青混合料的性能产生不利影响。本课题基于此背景,首先对不同掺量的玄武岩纤维沥青混合料进行了路用性能验证,过程中发现试验结果的离散性由于玄武岩纤维的加入而增大。为了了解玄武岩纤维的真实存在形态与分散规律,通过CT扫描技术与制备透明纤维混合料的方法,结合图像处理手段,分别对玄武岩纤维在沥青胶浆以及沥青混合料中的分散特征进行了分析。之后利用有限元模拟的方法,探究了不同分散程度、不同空间位置分布情况的玄武岩纤维三维随机模型对沥青混合料抗弯拉性能的影响。最后应用表面改性的方法,提出了一种有助于提高玄武岩纤维分散性的优化技术。首先,对加入不同质量比例玄武岩纤维的改性沥青胶浆基本性能以及流变特性进行了探究,验证玄武岩纤维对沥青胶浆的增粘、稳定作用。在对现有规范与研究成果充分调研的基础上,确定了玄武岩纤维沥青混合料的设计指标与标准,并完成了不同纤维掺量玄武岩纤维沥青混合料的设计。通过车辙试验、弯曲试验、半圆弯拉试验、间接拉伸疲劳试验等对玄武岩纤维沥青混合料进行了全面系统化的性能评价,并对比了不同纤维掺量对混合料性能提升效果的差异。然后对玄武岩纤维在沥青混合料中的多级分散特征进行了分析。在沥青胶浆尺度,应用CT扫描获取加入不同质量比例玄武岩纤维的沥青胶浆扫描图像,使用Avizo软件完成图像的三维重构,并提取其中纤维的空间位置信息。对三个方向上纤维的位置分布情况进行分布拟合,找到了能够较好地描述纤维分布特征的分布形式及参数。在混合料尺度,提出了一种能够对纤维分散状态进行直观观测的方法,应用透明集料以及透明胶结料代替集料与沥青,制备纤维透明混合料。通过对透明混合料切片断面进行图像采集与处理,揭示了玄武岩纤维在沥青混合料中的真实存在形态。在了解到玄武岩纤维在沥青混合料中的分散程度以及分布情况均具有明显的随机性以及不均匀性的特征后,采用有限元模拟的方法探究了纤维分散特征对沥青混合料抗弯拉性能的影响。应用粘弹力学原理,通过数值计算的方法将-10℃沥青混合料动态模量试验数据转换为松弛模量,作为模型中沥青混合料基体的粘弹性参数。随后应用计算机生成符合不同分布形式的伪随机数,定义混合料中纤维的空间位置坐标,构建不同分散程度以及分布情况的空间三维纤维随机分布模型。在此基础上对纤维束中纤维数量、纤维在水平及垂直方向上分布均匀程度对沥青混合料小梁弯曲试验中层底拉应力峰值的影响进行了探讨。最后,为了改善沥青混合料中玄武岩纤维的分散性,提出了玄武岩纤维表面改性的方法,并通过纤维形态分析以及宏观力学试验对优化效果进行了验证。使用硅烷偶联剂和羧甲基纤维素对玄武岩纤维进行表面改性能够一定程度上减少其在沥青混合料中的聚集行为,提升混合料性能的均匀性与稳定性。