粗骨料空隙率是影响沥青混凝土强度的核心指标,相关研究表明空隙率直接影响沥青混凝土的抗压强度。粗骨料形态的变化会使其空隙率发生波动,从而直接影响填充空隙所需的浆体,最终引起混凝土拌合物的和易性变化。目前在工程中主要根据JTG E42-2005标准测量粗骨料空隙率,但按标准测量空隙率费时费力,无法实现快速测量。根据标准ASTM C1252可知,空隙率主要受骨料形态的影响,因此研究并寻找最适合表征形态的方法,对快速预测空隙率具有重要的意义。本文通过洛杉矶磨耗实验和空隙率实验对粗骨料棱角性及表面纹理测量方法进行深入研究,并且提出一种新的拟合椭球法的三维棱角性指数。针对本文提出的三种三维棱角性表征方法和三种三维测量表面纹理表征方法分别进行实验对比研究,结果表明:拟合椭球法是其中最适合表征三维棱角性的方法;Z平面体积差法是其中最适合表征三维测量表面纹理的方法。虽然三维表征具有高精度,但是在工程中无法实现快速且批量检测。因此本文自主研发了一套粗骨料形态高效测量平台,并且通过数学公式推导出一种消除粗骨料宏观尺寸影响的拟合椭圆法的二维棱角性指数。针对本文提出的三种二维棱角性表征方法和三种二维测量表面纹理表征方法分别进行实验对比研究,结果表明:拟合椭圆法可以有效的消除粗骨料粒径和针片状对棱角性的影响,从而提高粗骨料二维棱角性指数的测量精度;使用线性轮廓扫描仪可以提高拟合椭圆法棱角性指数测量的精确性,并且拟合椭圆法是其中最适合表征二维棱角性的方法;凸度法是其中最适合表征二维测量表面纹理的方法。进一步将二维与三维形态的表征方法进行实验对比研究,结果表明:拟合椭圆法的棱角性指数可以有效的表征粗骨料的棱角性;凸度法的表面纹理指数可以有效的表征粗骨料的表面纹理。研究骨料的形态特征目的是研究骨料的空隙率。因此本文首先通过离散元仿真软件构建异形骨料颗粒,并且进行大量的自然堆积空隙率仿真实验,其次运用基于图像处理技术的形态表征方法测量填满后容器内的骨料形态参数,最后将形态参数的测量结果作为神经网络模型的输入。经样本训练后,建立了基于骨料形态的自然堆积空隙率的快速预测模型,并且预测误差在1%以内。本论文的工作有助于粗骨料棱角性及表面纹理表征方法和通过形态参数快速预测空隙率的进一步探究,具有较好的理论研究意义和实际应用价值。