沥青是一种复杂的多相态粘弹性材料,其宏观性能易受温度、老化、水分侵入影响。本文对无水硫酸钙晶须（Anhydrous Calcium Sulfate Whisker,ACSW）进行无机-有机复合表面改性处理,将其用于沥青改性。从微观角度出发,通过原子力显微镜试验和分子动力学模拟相结合,对表面改性无水硫酸钙晶须（Modified Anhydrous Calcium Sulfate Whisker,MACSW）改性沥青性能进行研究。主要结论有:（1）对比基质沥青和ACSW改性沥青,MACSW改性沥青的“蜂状结构”数量、总面积比最大,平均面积最小,粗糙度最大。短期老化会使MACSW改性沥青“蜂状结构”总面积占比减小、平均面积增大,粗糙度减小,且变化幅度最小。结果表明,MACSW改性沥青粘附性能和抗老化性能最优。（2）分子动力学模拟结果表明,沥青-MACSW的粘附性更强,并且粘附能受温度升高影响而减小。MACSW与沥青相互作用加强了沥青同组分分子的聚集,沥青质在MACSW表面及中部区域均存在相对浓度峰值。该结果导致,MACSW改性沥青的胶核数量增多,在微观形貌上表现为“蜂状结构”的数量和总面积占比更大。老化影响下,沥青-MACSW的粘附性更强,沥青老化抑制了沥青在晶须表面的扩散能力。沥青各组分分布更靠近MACSW,且聚集程度更高。老化使沥青质含量增加并发生聚集,胶核结构变大,导致“蜂状结构”数量减少、面积逐渐增大。水分侵入削弱了沥青与MACSW的粘附性,且沥青-MACSW的水敏感性更低,抗水损害能力更强。（3）基于力曲线试验和拉伸分子动力学模拟,研究了MACSW改性沥青微观力学特性。相比基质沥青和ACSW改性沥青,MACSW改性沥青的整体粘附力、杨氏模量、表面自由能最大,沥青-MACSW微观界面抗拉强度最大。受老化影响,MACSW改性沥青粘附力、表面自由能减小,杨氏模量增大,沥青-MACSW微观界面抗拉强度降低,并且各特征值的变化幅度更小。结果表明,MACSW改性沥青的微观力学性能和抗老化性能更好。