天然沥青与常规聚合物改性剂相对比,具有较好的相容性和热储存稳定性。天然沥青内部轻组分含量低,应用时可节约能源,简化生产工艺,具有低碳、环保的特点,契合国家“交通强国”战略中的低碳绿色要求。天然沥青本身的化学成分和物理结构就决定了其改性后的沥青质量稳定,并且能有效抗老化、耐高温,可作为磨耗层材料增加道路面层的使用寿命。为有效控制天然沥青改性后的性能,降低原材料性能差异、热存储稳定性及路用性能的影响,本文开展了系统的原材料检验、粒径、添加量和掺配工艺（干、湿法）等对天然沥青胶浆及其混合料性能的相关试验;设计骨架为主、细料填充的多级嵌挤密实级配设计,提高混合料级配的综合性能。通过探讨天然沥青灰分改性机理,提出均质化湿法天然沥青改性工艺。主要研究成果及结论如下:（1）天然沥青种类繁多、产地不同,因此天然沥青技术性能差异性大。参照集料和沥青相关规范,将天然沥青中的无机灰分和沥青组分进行分离试验,明确两种成分的检验方法。（2）为验证天然沥青灰分的改性效果,设计同粒径的灰分及石灰岩矿粉作对比试验。结果证明:灰分对基质沥青的改性效果优于相同胶粉比的石灰岩矿粉。在此基础上,基质沥青中掺配不同比例的天然沥青,验证其掺量及天然沥青组分的改性效果。结果证明:改性效果顺序为天然沥青组分＞天然沥青灰分＞矿粉;初步确定青川岩沥青的最佳掺量为8～10%,布敦岩沥青最佳掺量为20～25%。（3）为验证粒径对天然沥青胶浆的影响,对比不同粒径的天然沥青胶浆的热储存稳定性、动态剪切流变试验。试验结果证明:粒径小的天然沥青能显著提升沥青胶浆的复数剪切模量（G*）、相位角（δ）、车辙因子（G*/sinδ）和tanδ,增加弹性恢复能力,降低粘度,提升高温稳定性性能等优点;并且确定天然沥青颗粒的平均粒度为25μm时,沥青胶浆及热储存稳定性性能最佳。（4）通过SEM、BET、XRD和激光粒度仪等仪器,探寻天然沥青灰分和石灰岩矿粉差异。结果表明:矿粉的表面仅有光滑的单一结构,天然沥青灰分具备多孔或层交错的层状或片状粗糙构造,这也是其能够对沥青吸附改性的原因,并且两者在化学成分上并无差异,证实天然沥青改性为物理过程。（5）以逐级填充为设计理论,以贝雷法为设计和检验标准,设计出骨架为主、细料填充的多级嵌挤密实级配的设计体系。通过干捣实设计的VCADRC方法可设计骨架密实型沥青混合料;并通过CBR验证并推荐粗骨料比例为70:30～58:42;关键粒径4.75～9.5mm控制在19.4～24.4%范围内;细集料控制筛孔对空隙率影响主次顺序为FAf＞FAc＞FAp,控制筛孔推荐值分别为FAc=0.5,FAf=0.5,FAp=0.8。（6）以相同的基质沥青、混合料级配为基础,通过天然沥青改性沥青混合料路用性能,验证不同掺量及掺配工艺（干、湿法）的影响。结果表明:细化后的天然沥青湿法改性效果优于干法,同时验证前文青川、布敦岩沥青的最佳掺量范围。（7）通过对比天然沥青灰分及矿粉改性过程,明确天然沥青原材料、粒径、添加量和掺配工艺均是影响改性效果的重要因素,并结合天然沥青灰分改性机理,提出将天然沥青颗粒细化到平均粒径为25μm后进行分散的湿法掺配的均质化改性工艺。