低温开裂是寒冷地区沥青路面服役时面临的主要问题之一。路面出现低温裂缝之后,雨水可以自由进入到路面结构中,加之以冻融循环和交通荷载的作用,对路面的行驶舒适性及服役寿命造成极大考验。考虑到石油沥青作为一种不可再生资源,且聚合物改性沥青成本较高,油分作为一种再生剂或改性剂被加入到道路沥青中。然而可以加入沥青中的油分种类繁多,目前的研究并未确认哪种油分适用于寒冷地区沥青的使用,缺乏对油分改性沥青性能系统、全面的评价,关于油分改性沥青的低温抗裂性能评价体系和评价指标也有待进一步改进和完善。针对上述问题,本文开展了以下研究。基于高温PG连续分级温度确定了六种油分改性剂的掺量,通过SHRP计划提出的车辙因子、疲劳因子、蠕变劲度及其变化率对油分改性沥青的高、中、低温流变特性进行了初步评价。采用MSCR试验、LAS试验及k指标、J指标进一步对油分改性沥青的高、中、低温流变特性进行了预估。结果表明考虑了损伤效应的MSCR试验和LAS试验能更有效地反映沥青的高温损伤特性和疲劳损伤特性;兼顾考虑了沥青的低温变形能力和应力松弛能力的k指标和J指标可更准确地预估沥青的低温流变性能。通过BBR试验得到的流变数据预估了温度应力,并基于SAP理论计算了油分改性沥青的低温临界开裂温度;采用DENT试验预估了油分改性沥青在大应变、非线性粘弹性条件下的抗延性断裂性能。本文所用的大部分油分的加入均导致了沥青温度应力和低温临界开裂温度的下降,统计学分析证实了这一结论。而CTOD值的计算结果进一步验证了油分对沥青低温抗裂性能的改善效果。通过不同温度下的频率扫描试验和BBR试验得到了油分改性沥青的复数模量曲线和松弛模量曲线,基于时-温等效原理平移得到了胶结料的模量主曲线。利用CAM模型和广义Maxwell模型分别对复数模量主曲线和松弛模量主曲线进行了拟合,进一步确定了油分改性沥青在极端频域及更广阔时域范围内的流变特性。基于复数模量流变数据,利用WLF方程推导计算了玻璃态转变温度以预估油分改性沥青的低温抗裂性能。油分改性剂的加入使沥青的模量主曲线下移,流变学模型的拟合结果说明油分增大了沥青中的粘性成分,提升了沥青的低温抗裂性能。而玻璃态转变温度的计算结果进一步对不同油分改性沥青的低温抗裂性能进行了比较。通过布式旋转粘度试验测量了不同温度下油分改性沥青和Sasobit温拌沥青的旋转粘度,比较了两者的降粘效果。利用粘温曲线计算了油分改性沥青和Sasobit温拌沥青的施工温度,进一步对比了两者降低基质沥青施工温度的高低。试验结果表明石油基油分降低拌和和压实温度的能力要强于生物基油分,所有油分的降温效果均强于温拌剂Sasobit。采用傅里叶变换红外光谱试验对油分改性沥青的抗老化特性和改性机理展开了研究。羟基指数(CI)和亚砜指数(SI)的计算结果表明油分的加入对沥青的抗老化性能无显著影响。生物基油分的加入发生了化学反应,生成了新的官能团;石油基油分的加入基本无化学反应的发生,为物理反应。但FTIR试验仅能用于检测改性过程中是否存在化学反应,需要进一步的化学、微观的试验对油分改性沥青的性能改善机制做出解释。