为了探究石墨烯对沥青路用性能的提升及其机理,利用分散剂二甲基亚砜(DMSO)预处理石墨烯,提高其在沥青中的分散性,再采用DMSO预处理石墨烯(DG)添加到70~#道路石油沥青(70~#沥青)中制备DG改性沥青。通过常规物理性能试验、黏韧性试验、直接拉伸试验和原子力显微镜对70~#沥青和DG改性沥青进行测试,评价DG对沥青路用性能增强效果,并从微观角度分析DG对沥青微观结构的影响,揭示DG对沥青路用性能提升机理。结果表明,加入的DG降低了沥青的针入度和延度,但是提高了沥青的软化点。由于DG具有较大的表面能,吸附了沥青中的轻组分而形成插层结构,致使DG改性沥青上部软化点值和下部软化点值存在差异。DG改性沥青具有较强的黏韧性和韧性,其黏韧性、黏弹性、韧性和韧性比均高于70~#沥青,因为被插层后的DG抑制了沥青轻组分的流动,致使DG改性沥青具有较好的抗变形能力。DG的加入使得沥青变硬,降低DG改性沥青表面的粗糙度。由于DG的吸附作用和DG插层结构的限制作用增加了DG改性沥青微观表面蜂状结构数量,导致DG改性沥青表面具有数量更多且体积较小的蜂状结构。受到拉伸作用时,70~#沥青中大体积的蜂状结构易产生应力集中,使其力学性能及抗变形能力降低,而DG改性沥青中小体积且数量较多的蜂状结构能够分散受力,提高了DG改性沥青的均匀受力,降低了其应力集中出现的可能,提升了DG改性沥青的路用性能和耐久性。