沥青老化是影响道路沥青使用性能的重要因素，老化后会导致路用性能的劣化。研究沥青的热老化机理，评价和预测道路沥青的老化性能，为提高其抗老化性能提供理论基础。本文利用多设备同步联用技术对沥青结合料的微观组成与结构进行测试，分析沥青老化过程中微观组成、结构变化与宏观流变特性、路用性能之间的作用关系。首先制备基质天然沥青改性沥青、TFOT短期老化后天然沥青改性沥青、TFOT+PAV长期老化天然沥青改性沥青，对制备的沥青结合料进行宏观性能试验，得出天然沥青最佳掺量在4%和6%之间，并发现老化后针入度和延度均减小，软化点增大。其次分别对老化前后的沥青结合料进行红外光谱分析，动态剪切流变试验和频率扫描分析。得出原样沥青和改性沥青短期老化（TFOT）和长期老化（PAV）后复数剪切模量均增大，相位角均减小；老化程度越大，则沥青结合料的高温稳定性能就越好，高温抗变形能力越强。天然沥青改性沥青结合料的复数模量数值随着频率的增大而变大，相位角随着频率的增大而减小，高频区域和低频区域速率不同。然后利用热分析（DSC、TG）、质谱（MS）同步联用技术，对沥青结合料进行热分析和质谱联用分析，分析了DSC曲线分解峰特征和TG曲线质量损失温度范围。对不同掺量改性沥青的DSC曲线分解峰面积进行积分，结合离子流强度分析得出天然沥青最佳掺量在4%和6%之间；对于老化前后的DSC曲线分解峰进行积分，短期老化后峰面积明显减小，说明短期老化后沥青结合料的热性能变得比较稳定了。对TG曲线进行一阶微分得到DTG曲线图，发现沥青结合料质量损失的速率有三个台阶式的变化，比较未老化、短期老化和长期老化DTG曲线峰值的大小，得到未老化最大，短期老化次之，长期老化相对较小。最后从热分析、质谱分析联用的角度考虑，TG-DSC-MS具有一致性，分解峰、热重损失速率最大处和离子流强度值最大处的温度是相互对应的。