沥青材料在生产、使用过程中由于温度、光照、水分、荷载等因素综合作用下容易发生老化现象，导致性能下降，引发各种病害并不利于路面使用性能。将主要改善热氧老化的二维纳米材料层状硅酸盐(有机蛭石OEVMT)与侧重改善光氧老化的零维纳米材料无机纳米粒子(纳米二氧化硅nano-SiO2、纳米氧化锌nano-ZnO以及纳米二氧化钛nano-TiO2)进行复配，可以达到同时提高沥青的耐热氧与耐光氧老化性能的效果。
　　本文采用三大指标、布氏旋转粘度与动态剪切流变实验(DSR)研究了多尺度纳米材料改性沥青老化前后的物理、流变性能。利用原子力显微镜(AFM)、核磁共振(NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)对沥青老化前后微观结构、化学组成的变化情况进行表征。并通过灰色关联法对沥青微观特性指标与宏观物理、流变性能指标之间的关联性进行研究，其主要结论如下：
　　(1)从沥青物理、流变性能的角度分析，多尺度纳米材料在老化后降低了沥青的软化点增量、粘度老化指数与复数模量老化指数，并使残留针入度、延度保留率以及相位角老化指数提高，说明多尺度纳米材料显著改善了沥青的耐老化性能。其中，OEVMT+nano-ZnO改善效果最好。
　　(2)基于AFM-peakforcemode(AFM-PFM)模式分析改性沥青在不同老化条件下的微观结构和力学性质。加入多尺度纳米材料改性剂后沥青蜂相结构具有不同程度的变化，说明蜂相结构大小、形态与改性剂种类有关。随着老化程度的加深，沥青蜂相结构数量减少、面积增大，粗糙度降低，粘附力下降且Derjaguin-Muller-Toporov(DMT)模量上升。
　　(3)采用NMR、GPC、FTIR等仪器对多尺度纳米材料改性沥青的化学结构、分子量与特征官能团进行研究。NMR结果表明，老化过程中沥青分子的苯环结构上发生了取代、结构异化反应，且脂肪侧链的长度增加。GPC图谱显示老化后各沥青大分子区域(larger molecular size, LMS)均有不同程度的增加，分子量分布曲线左移，而多尺度纳米材料减缓了沥青中大分子的比例增加。FTIR分析表明改性沥青在老化后亚砜基含量增加率显著降低，多尺度纳米材料提高了沥青的耐老化性能。
　　(4)采用灰色关联分析对沥青的微观结构、化学组成指标与宏观物理、流变性能指标间关联度进行研究。结果表明，老化后AFM、NMR、GPC构建的指标与物理、流变性能指标存在一定规律，并证明了微观指标表征沥青性能的可行性。