沥青路面的老化严重影响其使用性能和寿命。在实际路面中,老化及其引起的性能劣化是有梯度、不均匀分布的,这种客观存在的不均匀老化行为却难以通过常规宏观试验手段进行表征,阻碍了我们对沥青混合料老化力学行为的准确认知。因此,本文采用纳米压痕这一新型微观力学性能测试技术与部分宏观试验手段,探究了沥青混合料内部的不均匀老化行为和老化性能劣化规律,以准确揭示老化对沥青混合料性能的影响,为沥青混合料老化研究提供新思路与新手段。首先,本文在文献总结和试验探究的基础上,完善了沥青材料的纳米压痕试验方法,提出了合理的试样制备方法及试验参数设置,并探究了沥青混合料级配和打磨扰动对纳米压痕试验结果的影响,结果表明间断级配沥青混合料更适用于进行纳米压痕试验,而制样过程中采用规范的打磨操作并不会影响纳米压痕试验结果及其所反映规律的可靠性。其次,本文借助纳米压痕技术和DSR频率扫描试验探究沥青胶浆样品老化的一般规律。研究发现老化后沥青胶浆样品的纳米压痕模量和黏弹本构模型拟合参数增大,整体弹性特征增加,表现出明显的老化硬化行为。DSR结果表明老化沥青胶浆样品复数剪切模量增大而相位角减小,且SBS改性沥青具备更好的抗老化性能。同时,基于DSR复数剪切模量反算的单轴蠕变柔量与纳米压痕蠕变柔量结果具有良好的一致性,验证了纳米压痕技术在沥青材料老化性能表征上的可行性与准确性,成功地在宏微观试验结果间建立了联系。最后,本文利用纳米压痕技术测量了四种老化沥青混合料内不同深度处沥青胶浆相的微观力学性能,借此表征不同空隙率沥青混合料样品的不均匀老化行为。结果表明,纳米压痕试验能通过获取混合料内的模量梯度和黏弹性参数变化情况刻画其不均匀老化行为,老化混合料内的模量梯度近似为对数曲线形式;同时混合料内的老化作用范围受空隙率影响,对小空隙率混合料实验室烘箱长期老化8天的影响深度范围仅有2-3 cm,而对12%空隙率混合料则约为4-5 cm。本文的研究结果证明纳米压痕技术能克服宏观试验手段的不足,通过提取压痕曲线、模量和黏弹性指标,从微观力学角度实现沥青混合料不均匀老化行为的直观表征,有望成为沥青混合料老化和其他研究方向的有力工具。