胶粉改性沥青因其良好的路用性能、发展前景和环境效应,在工程中得到了广泛应用。现有的研究多聚焦于胶粉改性沥青结合料自身及其组成混合料的整体宏观性能的评价,而对胶粉改性沥青与集料颗粒之间复杂的界面交互作用行为认知尚欠,但沥青与集料的粘结处作为沥青混合料多相复合材料的薄弱点往往是导致材料整体失效的诱发点,例如,作为沥青路面常见病害类型的水损害就是由于界面处的沥青发生了剥离。因此,深入了解多环境工况下胶粉改性沥青与集料的界面交互作用对提升胶粉改性沥青与集料间界面性能具有深远的意义。本研究从多个尺度入手,对胶粉改性沥青与集料界面粘结作用的形成到破坏行为的发生进行了全过程的研究,并分析了水侵入对该过程的影响。首先,基于动态剪切流变试验研究了所用沥青胶结料的流变特性,明确了胶粉改性对不同条件状态下沥青流变特性的影响规律;然后,通过建立分子动力学模型模拟了胶粉改性沥青/集料间界面的分子行为,探究了界面粘结作用的分子机制,最后,通过圆盘拉伸（DCT）试验分析了界面的破坏过程及特性,采用图像处理方法厘清并量化了不同破坏特征模式,同时考虑了水浸入对不同尺度界面行为及性能的影响。为探究胶粉改性沥青在高低温、疲劳及老化状态下的流变特性,首先借助热重分析（TG）、红外光谱分析（FTIR）和差示量热扫描试验（DSC）表征了胶粉的物化性能,然后分析了沥青胶结料动态剪切流变和弯曲流变试验结果。研究表明:胶粉活化处理对改性沥青起到了良好的降黏作用,有利于提高胶粉改性沥青在集料表面的浸润程度;胶粉改性对于沥青的高温流变性能改善效果显著,改性沥青表现出更高的失效温度和更多的弹性成分,且该性能受胶粉处理的影响最显著;基质沥青自身的流变性能是影响胶粉改性沥青低温流变性能的关键因素;胶粉改性沥青的粘弹特性对于老化作用较为敏感;本研究所用的胶粉改性沥青都不同程度改善了沥青胶结料的高低温性能和疲劳性能,有助于提升与集料形成的界面特性。为系统描述胶粉改性沥青与集料粘结后形成界面的分子行为,通过动力学模拟的方法建立不同沥青分子和集料代表氧化物模型并验证了合理性,并在此基础上构建了沥青/集料界面模型,采用沥青粘聚能、沥青与集料间的粘附能以及集料表面沥青浓度分布作为指标评价了界面的粘结性。研究表明:胶粉改性有利于沥青粘聚性能的增强,并显著影响胶粉改性沥青与CaO及MgO含量较多的碱性集料间的粘附性;集料中的氧化物成分与界面的粘附性密切相关,含有较多CaO和MgO的集料与沥青间有较好的粘附性,而集料中SiO₂和Al₂O₃较多时,其与沥青间的粘附性较差;集料表面的沥青浓度分布范围较为集中且峰值浓度较高时,分子间作用力较强,与集料间的粘附性更好;老化作用虽不改变集料表面的沥青浓度,但仍对胶粉改性沥青的粘聚性能和其与集料间的粘附性同时产生积极影响。为分析水侵入界面系统后分子行为的变化规律,进一步建立了有水状态下的沥青及界面的分子动力学模型,并引入集料表面水的浓度分布作为评价指标。研究表明:水侵入沥青/集料界面系统后存在于沥青内部和沥青/集料界面处,其自扩散速度随温度的升高逐渐增加,且在基质沥青中的扩散速度大于胶粉改性沥青,沥青的老化会减缓水的扩散;有水状态下胶粉改性沥青的粘聚性普遍优于基质沥青,且老化会使得该趋势更为明显;水的侵入使得沥青的粘聚性变强,对老化后的沥青影响更为显著;含有CaO和MgO较多的集料与沥青形成的界面抵抗水损害剥离的能力更强,而SiO₂和Al₂O₃含量较多时反之,该现象对胶粉改性沥青更为显著;水的侵入降低了沥青与集料间的粘附性,且集料中CaO含量越多时,界面沥青抗剥离性越强,更能抵抗水损害,而SiO₂含量较多时反之。为探究胶粉改性沥青/集料界面的破坏过程及特性,提出基于圆盘拉伸（DCT）试验LOAD-CMOD曲线图的关键指标,用以分析不同因素带来的影响。研究表明:多数情况下,沥青蠕变劲度的增加、集料强度的增大均有助于提升界面的抗破坏特性;当集料呈碱性时,界面抗破坏性能更强;胶粉粒径较小时,对界面抗破坏性能提升更好,且SBS改性剂对界面抗破坏性能的影响优于胶粉作用;还可通过加入抗剥落剂提升界面抵抗破坏及水损害的性能。为界定DCT试件断面不同的破坏特征模式,并量化各破坏模式所占比例,使用MATLAB软件识别断面特征,同时考虑水浴作用带来的影响。研究表明:RGB三原色法可较为准确并高效地识别出断面中集料的部分,并且通过验证集料的识别情况确认选取的参数范围较为合理;不同断面破坏模式所占比例大小排序为粘聚性破坏>粘附性破坏>集料断裂破坏;多数情况下,水的侵入严重影响了界面的粘附性,使得粘附性破坏比例显著增加,而沥青的粘聚性破坏及集料断裂破坏比例减小;胶粉改性沥青的粘聚性小于SBS改性沥青;与分子动力学模拟结果一致,集料强度高且呈碱性时,界面抵抗水损害能力较强;抗剥落剂的加入对于沥青与集料间的粘附性能有一定的改善作用。