针对我国高等级公路尤其是高速公路沥青路面车流量大、重载、超载严重的特点，聚合物改性沥青已经成为改善沥青路用性能的有效途径和发展方向，而废胶粉改性沥青又以其资源丰富、价格低廉、加工工艺简单及优质的路用性能被国内外广泛应用并深入开发研究。 本文概述了国内外在废胶粉改性沥青方面的理论研究、应用现状以及发展，选取了合适的基质沥青和废胶粉及助剂，通过灰关联分析和正交试验设计，在考虑多个工艺条件的基础上制得改性效果较好的改性沥青及复合改性沥青并测其性能指标，然后从聚合物废胶粉改善基质沥青路用性能出发，分析了废胶粉改性沥青及复合改性沥青的改性机理。机理主要从改性前后的组成和结构变化来分析。 通过对国内外聚合物改性沥青性能评价方法比较，确定了本论文采用常规方法对废胶粉改性沥青及复合改性沥青进行评价，并对实验数据进行分析和对比，综合评价结果：废胶粉改性沥青较基质沥青，改善了高温稳定性、温度敏感性和抗老化性能；而废胶粉复合改性沥青较废胶粉改性沥青，改善了延性、温度敏感性、低温抗裂性及抗老化性能。 利用荧光显微照相、核磁共振(HNMR)、红外光谱(IR)、差示扫描量热(DSC)等现代分析技术研究废胶粉改性沥青共混机理。利用荧光显微镜照相技术，得到：复合改性沥青在制备时，废胶粉吸收了助剂中的油分而发生了进一步的溶解与扩散，从而使废胶粉的颗粒聚集和分散更为均匀；红外光谱分析结果说明：改性沥青的红外波谱图仅仅是基质沥青和废胶粉图谱的简单叠加，助剂在复合改性沥青体系中仅仅起增容的作用；DSC分析结果表明：废胶粉复合改性沥青的热稳定性比废胶粉改性沥青好，也比基质沥青好，且这三种物质中的每个成分都较稳定地相溶于一个体系中；由核磁共振氢谱图分析表明，改性沥青在添加助剂前后氢原子并未发生变化；由碳谱图分析，助剂在体系中并未发生化学反应。最后，在研究机理的试验方法的基础上构造废胶粉改性沥青及复合改性沥青的物理模型，分析体系中各成分之间的相容性。