本發明涉及一種復合型熱解炭黑改性劑，以包含50~90份熱解炭黑、10~25份膠粉以及0.1 ～25份塑料及0～10份添加劑的混合物為原料，經混煉、擠出、造粒所得。本發明進一步保護所述復合型熱解炭黑改性劑的應用以及包含所述復合型熱解炭黑改性劑的復合改性瀝青混合料。本發明提供的復合型熱解炭黑改性劑中，各原料在混煉、擠出、造粒制備條件下的可以發揮協同作用，原料來源豐富，制備方法簡單，改性效果優異，消除炭黑粉塵飛揚，環保性好;將所述復合型熱解炭黑改性劑應用到瀝青混合料中后，可以使復合改性瀝青復合料的強度、水穩性、高溫穩定性、低溫抗裂性等各項性能指標有所提高，滿足對高速公路、一級公路的技術要求，具有極強的推廣價值。