为了优选出水泥混凝土桥面铺装防水黏结层最佳路用性能与经济性能相结合的防水材料，以海南某高速公路水泥混凝土桥面为例，对4种防水黏结层材料进行层间剪切、拉拔、渗水、耐老化性能试验，初步获得了4种防水材料的路用性能指标，并结合经济指标，采用灰色系统理论中的多目标加权决策模型，优选出符合实际工程要求的最佳防水材料。结果表明：试验温度的升高，防水黏结层材料层间力学性能逐步降低；随着水压力的增大，防水性能越差；老化对防水黏结层材料的层间强度有显著影响，环氧沥青的耐老化性能最优。通过多目标加权灰靶决策模型，分析得出环氧沥青的综合性能最优，可推荐作为依托工程水泥混凝土桥面防水黏结层材料。