本文依托国家自然科学基金(面上)项目—“纳米尺度下石墨烯沥青的强韧化机制与行为特性研究”和重庆市基础科学与前沿技术研究专项项目—“石墨烯增强沥青作用机制与服役性能基础研究”,主要研发石墨烯改性沥青,在提高沥青各项性能指标的前提下求解最佳材料组成,研发石墨烯改性沥青。研究的主要内容包括以下几个方面:论文首先优化高温剪切制备改性沥青的方法,通过分析剪切时间、剪切温度、空气(氧气)、剪切转速四因素对基质沥青以及SBS改性沥青剪切的影响,证明剪切过程中基质沥青/SBS改性沥青性能降低的主要原因是空气(氧气)的影响。发明了通氮气制备石墨烯改性沥青的方法。然后使用了膨胀石墨高温剪切获得石墨烯的方法,制备石墨烯改性沥青并测试沥青性能,试验表明膨胀石墨高温剪切获得石墨烯的方法不足以改性沥青获得良好的性能。最终采用石墨烯直接掺加至沥青的方法,优选了十一种表面活性剂,与石墨烯在五种不同的溶剂中超声分散进行比选,最终选择聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和乙醇作为分散剂和分散溶剂,进行制备石墨烯改性沥青,对制备的改性沥青进行性能实验,表明石墨烯的加入使得沥青保持高温性能不变的情况下低温延度获得显著提升。采用均匀设计法对石墨烯占沥青掺量、聚乙烯吡咯烷酮占石墨烯掺量、剪切温度、剪切时间和剪切转速五个因素进行组合设计,对十水平下不同掺量组合的石墨烯改性沥青分别进行针入度、软化点、延度、DSR震荡试验、多应力蠕变恢复试验。研究石墨烯占沥青掺量、分散剂占石墨烯掺量、剪切温度、剪切时间和剪切转速变化对上述10种水平下的石墨烯改性沥青性能指标的影响。通过DPS软件对针入度、软化点、延度、抗车辙因子、蠕变恢复率进行处理,建立模型分别拟合方程,采用LINGO软件设置目标函数求解,根据对各个方程进行约束,最终得出石墨烯改性沥青目标配方为石墨烯占沥青掺量为12.99‰,聚乙烯吡咯烷酮占石墨烯掺量为0.85%,剪切时间为55min,转速为3874r.p.m,实验温度为110℃。经实测,在选择的目标配方下,石墨烯改性沥青与基质沥青相比,各项性能明显提升,但是与SBS改性沥青相比,石墨烯改性沥青仍有很大的提升空间。