Bu tezde, iki tip bitüm ile birçok antioksidan katkı maddesinin kullanımı gerçekleştirilmiş ve yeni performans deney teknikleri kullanılmıştır. Saf bitüme antioksidan katkı maddesinin eklenmesinin amacı, saf bitümün fiziksel ve reolojik özellikleri ile birlikte asfalt karışımın mekanik ve durabilite özelliklerini iyileştirmektir. Buna ek olarak, bu tez çalışmasında antioksidanların yaşlanma sertleşmesini azaltma kabiliyeti araştırılmıştır. Bitüm içerisinde thiourea (T), furfural (F) ve çinko oksit (ZnO) maddeleri farklı içeriklerde katkı maddesi olarak kullanılmıştır. Saf bitüm olarak penetrasyon sınıfı B 50/70 ve B 160/220 olan iki tip bitüm kullanılmıştır. Modifiye edilmiş bağlayıcılar her bir bağlayıcının performans sınıfını değerlendirerek ve bunları saf bitüm ile karşılaştırarak, Superpave sistemi kapsamında incelenmiştir. Ayrıca, modifiye ve saf bitümlü bağlayıcıların fiziksel özellikleri, antioksidan katkı maddesinin bitümün yaşlanma üzerindeki etkisini incelemek amacıyla laboratuvarda yaşlanma işlemi öncesi ve sonrası geleneksel deneyler gerçekleştirerek analiz edilmiştir. Antioksidan modifikasyonunun tekerlek izi direnci üzerindeki etkisini incelemek için, dinamik kayma reometresi (DSR) kullanarak farklı frekans ve sıcaklık deneylerini gerçekleştirdikten sonra her bir bağlayıcının ana eğrisi kurulmuştur. Buna ek olarak, hem bitümlü bağlayıcı hem de asfalt karışımların aynı anda performansını değerlendirecek yeni teknikler sunarak bilimsel bir yaklaşım takip edilmesi bu çalışmanın önemini ortaya koymaktadır. Bu amaçla, asfalt bağlayıcılar üzerinde çoklu gerilmeli geri dönüşümlü sünme (MSCR) testi ve Marshall numunelerinden hazırlanan asfalt kirişler üzerinde DSR Sünme deneyi Türkiye'de yeni bir performans deney yöntemi olarak gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, antioksidan kullanımı bitümün sertliğini arttırmış ve visko-elastik özelliklerini iyileştirmiştir. Ayrıca, antioksidan katkı maddeleri saf bitümün yaşlanma direncini de iyileştirmektedir. Bundan başka, modifiyeli karışımların mekanik performans deneyleri sünme deformasyon direncini arttırarak olumlu bir etki oluşturduğunu kanıtlamıştır. ; In this thesis, several antioxidant modifiers with two types of asphalt bitumen and new performance testing techniques were utilized. The aim of adding antioxidant materials in to the base bitumen is to improve the physical and rheological properties of base bitumen as well as the mechanical properties and durability of asphalt mixture. In addition, the ability of antioxidants to reduce age hardening was investigated in this study. Thiourea (T), furfural (F) and zinc oxide (ZnO) materials were used as additives in bitumen at different contents. The modified binders were examined under the frame of Superpave system by evaluating the performance grade of each binder and comparing it with base bitumen's grade. Furthermore, physical properties of unmodified and modified binders were analyzed by conducting conventional tests before and after aging process in the laboratory to evaluate effect of antioxidant addition on aging. In order to examine effect of antioxidant modification on rutting resistance of binders, master curve of each binder has been established after conducting frequency sweep tests utilizing the dynamic shear rheometer (DSR). In addition, the importance of this study acquires more importance by following the scientific approach by introducing new techniques for evaluating the performance of both the bitumen and asphalt mix simultaneously. For this purpose, the Multiple Stress Creep Recovery (MSCR) test on asphalt binders and the DSR Creep test on asphalt mix samples prepared from Marshall specimens were carried out as new performance testing techniques in Turkey. As a result, the antioxidant treatment increases the stiffness of the bitumen and improves the visco-elastic properties. Also, antioxidant materials have improved aging resistance of base bitumen. Furthermore, mechanical performance testing of modified mixtures proved the positive influence of increasing creep deformation resistance.