本文采用石墨烯、橡胶粉、基质沥青制备石墨烯橡胶复合改性沥青,利用离析试验研究石墨烯复合改性沥青的存储稳定性能,结合基本性能试验、动态剪切流变试验及荧光显微镜、傅里叶变换红外光谱试验,从宏观力学及微观组成结构研究石墨烯复合改性沥青的流变性能和老化性能。对基质沥青、橡胶沥青及石墨烯橡胶复合改性沥青混合料进行最佳配比设计,研究石墨烯橡胶复合改性沥青混合料的水稳定性能及高温稳定性能。研究发现:石墨烯橡胶复合改性,可提高橡胶沥青的复数模量,降低相位角,提高沥青的抗外力变形能力及弹性恢复能力;老化后石墨烯橡胶复合改性沥青的残留针入度比较大、软化点差较小、黏度老化指数较小,体现复合改性沥青优异的抗老化性能,且石墨烯复合改性沥青老化前后黏弹性能、抗车辙性能相较于基质沥青、橡胶沥青较为良好,老化对复合改性沥青的影响较小。石墨烯橡胶复合改性沥青混合料在车辙试验中的动稳定度明显高于橡胶沥青、基质沥青,表明其高温稳定性能较好,与此同时,石墨烯橡胶复合改性沥青在浸水马歇尔试验表现出较为良好的抗水损坏性能。