道路水泥混凝土组成设计是一项系统性工程,不仅涉及到先进的设计理念及方法,而且要考虑到我国不同等级道路和地域的交通荷载状况、环境气候条件、原材料技术性状及施工管理水平。本文依托国家西部交通建设科技项目《道路水泥混凝土组成设计研究》,借鉴国内外先进理念,针对现行设计方法中存在的不足,对道路混凝土的组成设计方法进行了深入而系统的研究。论文通过引入系统方法论新理念,提出了基于道路混凝土独特的结构、材料特点和实际工作状态的分阶段性能设计思路,建构了分层次体积设计模型,采用了基于设计分区的多指标和多参数设计方法,从而提出了道路混凝土组成设计体系的基本组成和设计流程。针对道路混凝土的内部结构特点,建立了以砂浆体积分量Vm为核心的分层次体积设计模型。论文首先进行了砂浆层次设计,确定了净浆性能设计参数和体积设计参数;为了使得粗集料混合体系的空隙率最小,研究了粗集料主骨架设计方法,推荐了集料级配、公称最大粒径NMPS和关键粒径的合理取值;基于砂浆对粗集料骨架的干涉作用,研究了混凝土层次设计,并通过分析Vm与道路混凝土各项路用性能关系的显著性,提出了Vm的确定方法。通过分析道路混凝土的工作环境及其作用特点,并考虑混凝土的材料特性,提出了道路混凝土设计分区理念。设计分区体系包括交通荷载分级、耐久性气候分区和施工环境分级,根据各类环境因子区分工作环境的显著性和有效性,分别采用交通量、最冷月平均温度和年降水量、强度变异系数和蒸发率作为交通、气候、施工三类设计分区的分区指标。并结合我国的应用现状,界定了具体设计分区并阐述了相关路用性能要求,建立了设计分区的基本框架体系。不同设计分区下的多指标和多参数体系构成了本文所建立的道路混凝土组成设计方法的基础。论文采用多指标体系控制道路混凝土的组成设计,结合理论分析和试验研究,分析了不同指标评价道路混凝土路用性能的准确性,推荐采用坍落度和VB稠度作为施工流变性设计指标,抗弯拉强度作为力学性能设计指标,选取氯离子抗渗性、抗冻性和耐磨性作为耐久性设计指标,并建议了各类路用性能指标的合理取值。多参数体系的建立实现了道路混凝土组成设计过程的有效控制。本文在分析道路混凝土内部结构状态和材料组成关系的基础上,优选了试验研究对象与测试方法,设计了科学合理的室内试验方案,研究了道路混凝土的关键材料组成参数和施工流变性、力学性能、耐久性及抗裂性之间的关系。试验结果表明,水灰比作为最重要的组成设计参数,与抗弯拉强度及耐久性的关系是配合比设计的基础,即使保持相同的水灰比,变化水泥用量或用水量对混凝土路用性能的影响有着显著差异,因此,设计时必须同时控制这三个参数;此外,道路混凝土中适当的含气量和净浆体积分量对提高耐久性和抗裂性至关重要。论文通过分析不同路用性能对材料设计要求的共性和差异,充分考虑道路混凝土的应用现状,并借鉴国内外已有研究成果,推荐了对应于不同设计分区的道路混凝土关键材料组成参数的合理取值范围。最后,在全面分析和总结相关研究成果的基础上,建立了基于路用性能的道路混凝土配合比设计方法,开发了相关设计软件,并结合试验路工程验证了道路混凝土组成设计方法的可操作性和实用性。