近年来,微波加热技术开始应用于道路养护工程,随着铁尾矿石等吸波材料逐步替代传统骨料,此项技术成为国内外的研究热点。微波加热沥青路面具有高效、污染小、加热均匀等优点;但传统骨料微波吸收性能差,能量转换效率低,而使用高性能纤维和矿粉则造价高昂,长期性能不稳定且温度较难控制,极易造成吸波材料表面沥青快速老化,导致沥青路面过早出现松散坑槽,降低其使用寿命。基于以上研究中存在的问题,本文首先对铁尾矿石粒料组分性质和路用性能进行验证;其次通过实测沥青混合料升温过程,并结合仿真手段确定温度场变特性;最后利用微观参数表征沥青老化程度,以此得到铁尾矿颗粒及沥青混合料的温度场变规律和微波加热导致的沥青微观老化规律。铁尾矿石的吸波温升特性室内试验结果表明,样品微波加热3 min后,铁尾矿石温升速率达到同体积玄武岩的3倍以上,且磁铁矿含量越多铁尾矿石升温速率越快;集料粒径越小其吸波性能越好。根据微波加热养护作业的特点,选出了铁尾矿石沥青混合料最佳配合比。通过路用性能试验验证了铁尾矿石沥青混合料满足路面铺筑规范要求。通过观察铁尾矿石沥青混合料的微波加热试验,分析出铁尾矿石沥青混合料在加热2 min后温度达到100℃以上满足养护规范要求;铁尾矿石掺量越多的沥青混合料升温速率越快,温度分布越均匀;竖向温度随深度增加先升高后降低,铁尾矿石试件温度峰值在距离表面8 cm-10 cm,玄武岩温度峰值在6 cm-8 cm。利用Comsol软件建立了铁尾矿石粒料、铁尾矿石沥青混合料试件单腔模微波环境下电磁场和温度场耦合作用下的温度分布模型,实现了微波加热铁尾矿石的仿真模拟。结果表明:(1)粒料温度从内而外呈逐渐降低的趋势,温度梯度较大;(2)微波作用下的沥青混合料在表面温度分布则呈类同心圆的形式向外递减;电损耗和磁损耗转化微波能为热能,多切面仿真图中铁尾矿石试件温度峰值在试件内部6 cm-10 cm处;(3)模拟微波车多磁控阵列加热形式,沥青混合料形成多个高温中心,明确了其位置和梯度范围与电磁源的阵列关系。微波加热析出铁尾矿石材料表面沥青,利用原子力显微镜观察微观尺度下蜂状结构相变特征,测量沥青微观表面粗糙度参数和粘附力参数表征老化程度。结果表明:沥青经高温老化后微观形貌发生改变,蜂状结构在数量减少的同时尺寸增大;老化后沥青中组分也产生变化,分子结构较大的沥青质聚集增多,导致可参与到氧化反应的沥青分子减少,从而减缓老化速率,使沥青老化状态趋于饱和,以此推出沥青老化非线性方程。通过R_q数值的变化发现,沥青在60℃温度老化后粗糙度略微上升了10.21%。在180℃高温老化后,粗糙度则明显上升了96%。而沥青整体粘附力则随老化温度的升高逐渐降低,60℃时粘附力值降低4.46%,180℃时粘附力明显下降38.49%。以此确定控制微波加热至150℃可满足养护施工规范的要求。本文最终建立了基于微波加热技术的铁尾矿石沥青混合料从选料、级配设计到吸波特性、温度场变分析再到有限元仿真、微观表征老化一整套研究方法,为微波养护铁尾矿石沥青路面提供了理论支撑。