沥青路面因舒适、平整、噪音小等特点在高等级路面中得到广泛应用。但大多沥青路面在服役期间就出现了低温开裂、高温车辙、不同程度的水侵蚀等早期病害。为了改善沥青路面的高低温性能及水稳定性,本文将纳米Ti O₂/Zn O和玄武岩纤维作为改性剂掺入沥青中,以综合提升其路用性能。论文制备了不同掺量的纳米材料Ti O₂/Zn O-玄武岩纤维复合改性沥青,借助动态剪切流变仪、弯曲梁流变仪等试验方法,研究了复合改性沥青结合料老化前后的动态流变特性以及低温蠕变特性。采用红外光谱仪和场发射扫描电镜（SEM）对复合改性沥青的化学组成与微观结构进行了分析,探究了改性剂的作用机理。通过四点弯曲疲劳试验等路用性能试验,分析了复合改性剂对混合料路用性能的影响。基于基础试验及布氏黏度试验指标,发现复合改性沥青的黏度要大于玄武岩纤维改性沥青（BF）和基质沥青,且感温性能也优于纤维改性沥青和基质沥青。复合改性剂的掺入,可显著提升沥青的高温稳定性和疲劳性能。掺入纤维对沥青结合料的低温性能有一定削弱,仍满足规范要求;适量纳米材料Ti O₂/Zn O改性剂可以提升BF改性沥青的低温性能。沥青改性前后无新官能团产生,其改性机理主要为物理改性。复合改性沥青横断面较为粗糙,纳米材料较为均匀地分布在沥青中,与纤维协同延缓内部微裂缝的扩展。基于响应曲面法,以纳米Ti O₂/Zn O掺量、玄武岩纤维掺量以及油石比作为响应输入指标,以马歇尔物理指标为响应输出指标,确定了油石比、纳米材料掺量以及玄武岩纤维掺量的最优值。选取AC-13C级配,在基质沥青、BF改性沥青和复合改性沥青最佳油石比和改性剂的最佳掺量下,有效改善了其高温抗车辙性能、低温抗裂性能、水稳定性和疲劳性能。