为了缓解RAP料堆积造成的环境问题与沥青、石料等原材料价格上涨,高旧料掺量厂拌热再生利用技术一直广受人们的重视。但是,一方面来源较为多元的RAP料的变异性对再生料的路用性能影响很大,另一方面新旧沥青融合不足、调和新沥青质量不高导致再生沥青性能较差。以上二者皆制约了超高比例热再生技术的利用。本文对多来源RAP的变异性及由RAP料变异性引起的再生沥青材料路用性能变异性、高胶调和再生旧沥青宏观性能与微观机理展开研究,通过可靠度理论对高RAP掺量沥青混合料配合比进行设计,保证在控制高RAP再生沥青混合料变异性的同时大幅提升其路用性能。首先,使用燃烧法、抽提法、筛分法、三大指标试验对RAP料进行性能评价,基于变异系数对多来源RAP料变异性分析。结果表明:RAP料中旧沥青三大指标变化较大,整体呈硬、脆特性,老化较严重;以4.75mm为界,RAP料的集料呈现明显的结团和细化现象。在同一路段收集的同一批次RAP料中,旧料级配、旧沥青含量、旧沥青性质是RAP料组成的主要变异来源,其中集料4.75mm筛孔通过率变异系数在13%～15%波动,变异性较大,旧沥青含量的变异系数在3%～5%波动,变异性较小。其次,以再生沥青砂浆为研究对象,分别针对旧沥青含量、旧沥青性质变异所产生的再生沥青材料路用性能变异性进行研究。制备室内模拟制备老化沥青砂浆、再生沥青砂浆,采用基于沥青流变试验仪（DSR）的改进多应力重复蠕变恢复试验（MSCR）、线性振幅试验（LAS）、频率扫描试验（FS）分别评价再生沥青砂浆的高温蠕变性能、中温抗疲劳开裂性能和低温抗温缩开裂性能。结果表明:采用压力老化容器老化的室内模拟老化沥青砂浆的沥青老化程度与RAP料旧沥青性质相仿,但变异性更低,利于制备性能稳定的再生沥青砂浆。MSCR试验的Jnr指标和%R指标表明随着旧沥青含量增高,再生料的高温抗变形能力下降,但高温弹性恢复性能提高;以LAS试验计算所得的0.025%水平下的疲劳寿命表明再生沥青砂浆疲劳性能随着旧沥青含量增高而提升;以G-R常数为指标衡量再生沥青砂浆的低温抗裂性,发现随着旧沥青含量提升,对应砂浆的低温抗裂性能也有一定的提升。随着旧沥青性质的劣化,再生沥青砂浆尽管高温抗变形能力得到加强,但是高温弹性恢复性能、中温抗疲劳开裂、低温抗温缩开裂性能会出现明显衰退。第三,以再生沥青混合料为研究对象,分析了多来源RAP料级配变异性对再生沥青混合料路用性能变异性的影响。以修正后的公式计算细度模数作为评价级配的指标,设计不同细度模数的再生沥青混合料,利用车辙试验、间接拉伸疲劳试验、低温SCB试验评价再生沥青混合料的高温、疲劳、抗裂性能。结果表明:随着细度模数提升,混合料级配变粗,动稳定度提升,高温抗车辙能力提升;0.25应力比下的疲劳寿命增加,疲劳性能提升;断裂能提升,低温抗裂性能提升。第四,以变异系数为计算指标计算RAP料旧沥青含量、性质及级配波动与再生沥青砂浆、混合料路用性能的比值,通过该比值可以得出,在对再生料高温性能的影响上,RAP料级配变异性>旧沥青含量变异性>旧沥青性质变异性;在对再生料中温抗疲劳开裂性能的影响上,旧沥青性质变异性>旧沥青含量变异性>RAP料级配变异性;在对再生料低温抗温缩开裂性能的影响上,旧沥青含量变异性>旧沥青性质变异性>RAP料级配变异性。第五,以不同掺量高胶沥青、不同老化程度的老化沥青拌和制成的高胶再生沥青为研究对象,使用基于DSR的沥青宏观力学试验和基于AFM的微观观测试验来对高胶沥青的调和再生效果进行研究。结果表明:高胶沥青能够大幅提升再生沥青的高温抗变形能及高温弹性恢复能力,疲劳性能也会大幅增强,但会对以G-R常数为评价指标的抗裂性能存在一定的负作用。从高胶再生沥青的微观观测结果和粘附力曲线可以得出,胶粉的溶胀作用使得再生沥青的高温性能、疲劳性能得到提高,但吸收的轻质组分和蜡分抑制了“蜂状结构”产生,从而也降低了再生沥青的粘附力。最后,依靠可靠度理论建立了再生沥青胶结料设计方法、RAP料路用性能变异性控制方法,并依靠上述设计方法提出高RAP掺量热再生沥青混合料的设计方案。结果表明,通过4.75mm筛孔筛分RAP料所制备的再生料路用性能变异性受到控制,在70%RAP掺量的情况下再生沥青混合料的路用性能变异性满足需求的可靠度依旧能维持在37.5%;高胶沥青修复老化沥青路面并恢复至较好性能的可靠度达到81%。使用高胶沥青作为调和沥青以及对RAP料进行分档的工艺制备的高RAP掺量热再生沥青混合料能够在不使用再生剂的情况下以较低的变异性获得远超新料的高温稳定性及低温抗裂性。