沥青是交通运输领域基础设施建设中重要的建筑材料。本文对沥青材料进行分子动力学模拟研究,包括沥青氧化行为和沥青质聚集行为研究,沥青与氧化物界面粘附行为研究,以及有机-无机纳米杂化材料八乙烯基低聚倍半硅氧烷（Ov POSS）作为沥青纳米改性剂的可行性研究,为探索沥青性能提升机理以及研发新型沥青改性剂提供一定的研究参考价值。首先,构建多种沥青分子模型,分析各个模型优缺点和使用情形,得出沥青十二分子模型适用于验证沥青体系的特性,沥青四分子模型适用于计算沥青组分间的相容性,沥青十二分子Reax FF模型适用于沥青氧化行为的相关研究。通过研究沥青体系内非键相互作用能,阐明温度对沥青性能的重要影响。同时发现沥青氧化后,体系内各组分的分子结构发生明显改变,沥青体系性能也随之发生改变。其次,针对沥青质聚集行为进行相关模拟研究,深入分析不同参数、不同温度和不同组分等对沥青质聚集行为的影响,并从分子层面构建沥青质聚集行为与蜂结构之间的联系,分析蜂结构形成机理。研究发现,含有较多苯环的沥青质、高度对称的沥青质、不含支链或含短支链的沥青质、与少量石蜡共存的沥青质、不含甲苯等有机溶剂的沥青质以及沥青质含量较高的凝胶沥青均易发生沥青质聚集行为。同时发现,在沥青体系中溶解度较低的蜡组分在范德华力的作用下最先形成结晶体,当沥青质与石蜡晶体相遇时,相容性同样较差的石蜡会使沥青质的扩散能力进一步降低,促使强极性的沥青质吸附并聚集到石蜡晶体表面,最终产生亮暗相间的蜂结构条纹。第三,对沥青-氧化物界面相互作用进行研究,分别从沥青、集料和环境三个角度探究界面粘附性的影响因素,并在此基础上提出粘附行为破坏机理。研究发现,沥青四组分中的沥青质和胶质同氧化物的粘附性最佳。沥青质发生聚集行为后,沥青质体系与氧化物的界面粘附能降低。相比于未氧化的沥青,氧化后的沥青与氧化物的界面粘附能降低13%。同时发现,氧化物表面的断裂键密度与沥青-氧化物界面相互作用强度成正相关,沥青与氧化物的界面粘附性能的良性温度区间是298-373 K,界面处水的自由扩散使得沥青远离氧化物表面,含有较多碱性矿物的沥青混合料呈较强抗水损害能力。第四,首次探究Ov POSS纳米材料对沥青材料的改性。利用分子动力学模拟探索Ov POSS对沥青质聚集行为和沥青-氧化物界面粘附性的影响,并分析Ov POSS对基质沥青和SBS改性沥青性能的影响机理。发现Ov POSS的八个乙烯支链与沥青质分子产生的较强分子间非键相互作用力能够约束沥青质分子,使其不易聚集。Ov POSS纳米材料可以改善沥青-氧化物界面的粘附性能。同时发现,Ov POSS纳米材料可以显著提高基质沥青和SBS改性沥青两种体系的非键相互作用能,从而使Ov POSS在沥青体系内均匀分散且不聚集。与Si O2纳米团簇相比,Ov POSS纳米团簇能更强地吸引周围的沥青分子,使其和沥青具有更好的相容性,同时也可增强SBS和沥青的相容性。因此,纳米Ov POSS能够更好地保持沥青材料体系的结构稳定性和抗变形能力等,这一材料的独特优势是传统纳米材料无法实现的。