为探究石墨尾矿砂掺量对沥青混合料的水稳定性能的影响规律,以石墨尾矿砂替代传统细集料制备沥青混合料,设计体积掺量为机制砂10%~80%的石墨尾矿砂沥青混合料,并加入2种界面改性剂,即添加质量分数为0.6%的抗剥落剂和0.4%硅烷偶联剂以提高石墨尾矿与沥青的黏附性,通过水洗脱法评价细集料与沥青的黏附性以及界面改性剂对黏附性的提升效果。最后通过浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验,分析不同体积掺量的石墨尾矿对沥青混合料水稳定性的影响,并对不同类型界面改性剂的改善效果进行评价。结果表明,石墨尾矿砂抗水剥落能力低于机制砂,石墨尾矿砂的剥落率为82.23%,机制砂为59.93%;沥青混合料水稳定性随着石墨尾矿砂掺量的提高逐渐降低;马歇尔稳定度随着石墨尾矿砂掺量的增加而先升高后降低;2种界面改性剂均可有效改善提升石墨尾矿砂与沥青的黏附性,未使用界面改性剂时石墨尾矿砂的最大掺量为30%,加入抗剥落剂后石墨尾矿砂最大掺量提升到40%,加入硅烷偶联剂后石墨尾矿砂最大掺量提升到50%。研究结果表明,石墨尾矿砂可以替代机制砂作为沥青混合料的骨料使用。