本文主要以4,4’-对苯二甲基二异氰酸酯（MDI）、聚乙二醇（PEG）、二氧化硅（SiO2）为沥青改性剂,利用聚氨酯原位反应制备了改性沥青。聚氨酯原位反应会诱导改性沥青中的纳米粒子形成网络,在保持改性沥青优异性能的同时,还可对改性沥青的抗车辙能力和疲劳寿命产生积极的影响。通过改变SiO2预混方法、SiO2添加量以及MDI添加量,研究了改性沥青结构与性能的对应关系。（1）SiO2预混方法的影响。以沥青/PEG/MDI（100/4/12）为空白对照实验,SiO2的添加量固定为基质沥青的0.08 wt.%。采用了三种不同的加料顺序:（i）SiO2直接加入到基质沥青中,混合均匀后依次加入PEG和MDI;（ii）SiO2与PEG预混后,加入到基质沥青中,随后加入MDI;（iii）SiO2与MDI预混后,加入到基质沥青中,随后加入PEG,以此制备改性沥青。流变结果表明,方法（ii）与方法（iii）所制备的改性沥青高温抗车辙能力及弹性都优于方法（i）所制备的改性沥青。弯曲梁流变仪（BBR）研究了改性沥青低温下的抗裂性,发现方法（ii）制备的改性沥青可以减轻纳米粒子带来的低温抗裂性下降的影响。（2）SiO2添加量的影响。本部分以沥青/PEG/MDI（100/4/12）为基本研究对象,SiO2添加量限定在基质沥青的0～4 wt.%范围内。分别通过动态频率扫描、多重应力蠕变回复（MSCR）和线性振幅扫描（LAS）测试研究了改性沥青的高温抗车辙能力和中温抗疲劳性,利用动态热机械仪（DMA）评价了改性沥青的低温性能。实验结果表明,当SiO2添加量约为基质沥青的1 wt.%时,改性沥青在高温下具有最佳的抗车辙能力、疲劳寿命以及低温韧性。当SiO2添加量在0～1 wt.%范围内逐渐增大时,改性沥青的微观结构会有从海岛结构向网络结构的转变;当SiO2添加量在1～4 wt.%范围内进一步增大时,可观察到纳米粒子形成了团聚体。通过红外光谱（FTIR）和流变结果分析了改性沥青中网络结构的形成原因,发现网络结构的形成原因与SiO2纳米粒子的自身紧密聚集相关,而MDI与PEG之间的聚氨酯反应会对粒子网络化过程有一定的促进及稳定作用。（3）MDI添加量的影响。本部分以沥青/PEG/SiO2（100/4/1）为基本研究对象,将MDI添加量分别固定为基质沥青的0 wt.%、2 wt.%、4 wt.%以及8wt.%,从而研究了MDI添加量对改性沥青结构与性能的影响。流变结果表明,随着MDI添加量的增加,改性沥青的复合模量逐渐增大,相位角逐渐减小,表明改性沥青的抗车辙能力及弹性得到了改善。对比改性沥青薄膜样品刻蚀前后的微观结构发现,MDI添加量越大,越有助于SiO2纳米粒子网络结构的稳定。