目前,对沥青性能的研究主要通过实验手段进行宏观的评价,这些手段无法从分子层面解释沥青性能与微观结构之间的联系。因此,本文利用分子模拟手段,通过建立沥青模型的化学分子式,从微观层面对沥青的性能进行了研究。本文首先分析目前提出的重油和沥青分子模型发现,在进行分子模拟时,多分子体系下的沥青模型得到结果相对于单分子体系更加准确。在利用分子模拟技术研究沥青力学性能,自愈合,再生性能等方面主要使用四组分沥青模型,因此本文选取由Li提出的四组分沥青模型进行相关的分子动力学模拟计算。利用分子动力学模拟研究四种改性剂与沥青之间的相互作用机理,在使用三种四组分沥青模型的基础上,计算分析了基质沥青模型与改性沥青模型的溶解度参数、相互作用能、自由体积分数、径向分布函数和回转半径。结果表明,聚乙烯（polyethylene,PE）与沥青的相容性较好,其结构简单,与沥青的饱和分结构相似,其溶解度参数与沥青接近。三种沥青模型中,芳香分较多的AAM-1模型与改性剂的溶解度参数最为接近。乙烯-乙酸乙烯酯共聚物（ethylene-vinyl acetate copolymer,EVA）的相互作用能负值较大,与沥青间的相互作用强于其他三种改性剂,这是因为EVA在吸附小分子的同时,存在较多杂原子,对沥青质也有一定的相互作用,所以整个体系处于一个稳定的状态。基质沥青模型加入四种改性剂后,自由体积大部分减小,一部分沥青组分在改性剂周围产生了聚集,形成区域集中状态,沥青密度增大,稳定性增强。若沥青自身成分中沥青质比例太大,改性剂改善沥青性能的作用较小。EVA对饱和分有一定的聚集作用,苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（styrene-butadiene-styrene,SBS）对沥青质有一定的聚集作用,但是改性剂与沥青各组分之间的径向分布函数无明显的峰型和峰高,说明整体的聚集作用规律性不强,从改性剂内部的径向分布函数可以看出改性剂在AAM-1模型中原子之间相互作用最强,不易发生老化分解,能够在沥青中稳定存在,提高沥青的耐久性。AAM-1模型中各组分回转半径变化不大,模型中属于小分子结构的芳香分和胶质含量多,空间结构比较稳定,由于改性剂的分子量大,能够吸附沥青中的轻质组分,当轻质组分含量多时,两者之间的相互作用增强,改性剂与沥青之间的相容性更好,形成的三维网状空间结构更加发达。从自由体积的角度对简单有机物和沥青的黏度进行了模拟研究,得到了不同条件下材料的自由体积,计算了材料黏度随温度的变化规律,并与实验结果进行了比较,验证了有机物和沥青黏度随温度的变化规律。最后,利用分子形态与自由体积的关系解释了分子水平上的黏度微观动力学机理。结果表明,通过自由体积理论对有机物的黏度进行预测,从预测结果可知当探针半径增大,模拟黏度的准确性降低。当探针半径为1.11（?）时模拟误差最小,说明简单有机物分子之间的移动方式主要还是通过部分原子和较小基团进行迁移。对比自由体积和黏度数据可以看出,自由体积与黏度成反比,自由体积的减小,造成分子可移动空间减少,发生黏性流动的阻力增大,因此黏度增大。同时,有机物的主链和侧链长度,主链上基团数目都会对模型的自由体积产生一定的影响。从不同温度条件下沥青黏度的平均偏差可以看出,该模型适用于高温条件下,液态沥青的黏度预测。沥青模型的自由体积随范德华半径（van der Waals,vd W）、沥青模型类型等参数变化而变化。自由体积随vd W半径的减小而增大。四组分模型的自由体积明显低于单组分模型。从密度数据可以看出,四组分模型更加接近实际沥青。利用不同半径的自由体积来预测沥青的动态黏度,不同自由体积预测准确性存在差异,探针半径为1.11（?）时,四组分、三组分和单组分沥青模型的偏差最小。通过对不同温度下沥青黏度理论预测值和实验值拟合发现,不同沥青模型对实验黏度的偏差不同,四组分模型计算出的动态黏度预测值最准确,表明多组分模型可以更准确地表征沥青的化学结构。