本文首先对沥青硫化改性的工艺条件进行了优化，并对改性前后沥青的三大性质进行了测定与评价。然后确定硫化沥青中总硫含量和游离硫含量的测定方法。 其次，采用高等仪器分析和化学分析方法对硫化沥青中主要的硫化物类型进行了分析和测定。发现硫化沥青中参与交联的硫类型主要是亚砜和二硫化物，其次是极少量的硫醇、硫醚以及噻吩等类型硫。测定结果显示，硫化改性后沥青的重均和数均分子量均增加，说明硫参与了沥青分子间的交联作用并使沥青中的高分子量物质增多。当反应温度达到一定时，交联硫的含量随着温度的升高而增加，但程度不明显，说明反应温度升高后，部分硫以生成H2S的形式逸出。 在实验过程中，通过测定不同反应时间下游离硫含量，对沥青硫化反应的宏观动力学参数进行了测定，结果表明，沥青的硫化反应为一级反应，实验发现，沥青硫化的参数与沥青组成有关，胶质含量高的沥青硫化容易。 最后，通过应用核磁共振对沥青中各个位置上氢分率变化的分析发现，沥青硫化改性时存在两种反应类型，硫夺取沥青分子中芳香环上碳上的氢和侧链上的氢生成H2S，其中硫主要取代沥青分子中侧链上β位上的氢，且取代程度随着反应温度的升高而加强。通过对沥青硫化产物的确定，以及对反应过程的探讨，最终确定的反应过程是当达到一定温度时，硫可生成硫自由基，该自由基与原料沥青反应，生成二硫化物以及硫化氢，亦可生成硫醚以及硫化氢。在高温下，硫醚被氧化为亚砜。