我国北方严寒区域具有温差大、冬季低温持续时间长,雨雪量多,冻胀春融显著等特点。该区域低温裂缝是沥青面层最主要的结构破坏形式,采用传统改性沥青及其混合料已不能满足该区域气候环境下的性能要求。由废旧轮胎制备的30目粗颗粒橡胶沥青,具有优异的低温抗裂性与抗水损害性能,不仅可以防治沥青路面的早期破坏,还可以避免或减少低温裂缝的产生。然而,目前粗颗粒橡胶沥青应用于严寒区的研究几乎处于空白,相应特殊使用环境及技术要求下的评价指标、批量生产设备、生产工艺与质量控制以及粗颗粒橡胶沥青混合料的组成设计方法尚待进一步研究。论文针对严寒区环境特点及低温性能要求,提出了180℃Haake粘度、软化点、25℃锥入度、25℃回弹恢复及5℃拉伸柔度的粗颗粒橡胶沥青评价指标、允许变化范围,以及相应的试验仪器、试验方法。基于橡胶粉生产工艺与橡胶沥青作用机理,对比分析了5种基质沥青与16种胶粉各5种不同掺量以及采用不同试验检测仪器时的试验结果,验证了该评价体系的适用性。论文研究了橡胶沥青胶粉掺量、加工工艺、发育温度及发育时间对橡胶沥青性能的影响规律,获得了符合严寒区评价指标的粗颗粒橡胶沥青最佳配方与生产工艺参数。基于灰色关联理论分析了不同因素对橡胶沥青性能指标的影响程度,所得结果与室内试验基本一致,且佐证了评价指标对粗颗粒橡胶沥青性能的适用性,为橡胶沥青生产质量控制提供了理论依据。论文提出了严寒区橡胶沥青设备的规范组成与质量控制要求,通过改进原基质沥青升温系统,达到了快速升温要求,并建立了导热油进口温度、流速与基质沥青出口温度间的传热模型。基于灰色GM(1,1)与最小方差受控自回归积分滑动平均(CARIMA)算法建立了胶粉与基质沥青关联控制的在线预测模型,胶粉计量偏差由2.3%降至0.22%,保证了掺配比精度。基于标准k-ε湍流模型对配料罐内混合过程进行了固液两相流数值模拟,获得了配料罐参数对流场分布均匀性的影响规律,确定了桨叶直径800mm、桨叶位置630~900mm、桨叶宽100mm、搅拌速度240~300r/min的较佳生产参数,满足了严寒区橡胶沥青设备的批量生产技术要求。论文针对现有橡胶沥青性能事后检测的缺陷,利用HOPLS算法建立了橡胶沥青生产数据与生产质量关系模型,实现了对橡胶沥青关键生产参数的监测。仿真分析与试验验证表明:监测后橡胶沥青各性能指标相对稳定,且与实验室检测值基本一致。通过对所采集数据的统计分析,获得了各关键参数的动态质量控制范围,为实现橡胶沥青生产过程的质量控制及提高橡胶沥青性能奠定了基础。论文针对严寒区特殊应用环境,提出了AR-AC-13粗颗粒橡胶沥青混合料的技术性能要求;研究了关键筛孔通过率及油膜厚度对橡胶沥青混合料体积指标与低温性能的影响规律,基于不同算法,建立了油膜厚度与沥青用量的回归模型,确定了严寒区粗颗粒橡胶沥青混合料适宜油膜厚度范围为19~21μm。得到了马歇尔试件成型条件及不同级配类型对橡胶沥青混合料性能的影响规律,验证了AR-AC-13粗颗粒橡胶沥青混合料对严寒区低温性能要求的适应性,并获得了较佳的混合料生产参数。依托张承高速养护工程,提出了严寒区AR-AC-13橡胶沥青混合料施工关键技术与质量控制方法,验证了本文提出的粗颗粒橡胶沥青及其混合料对严寒区特殊使用环境的适应性。历经一个冬春冻融循环后的实体工程观测表明,低温裂缝出现频次较传统改性沥青至少降低约25%,且施工成本较SBS改性沥青SMA-13混合料大幅降低。论文研究成果为粗颗粒橡胶沥青及混合料在严寒区的应用提供了理论支撑,对其它改性沥青的生产质量控制也具有借鉴意义。