本发明涉及一种复合型热解炭黑改性剂,以包含50~90份热解炭黑、10~25份胶粉以及0.1 ~25份塑料及0~10份添加剂的混合物为原料,经混炼、挤出、造粒所得。本发明进一步保护所述复合型热解炭黑改性剂的应用以及包含所述复合型热解炭黑改性剂的复合改性沥青混合料。本发明提供的复合型热解炭黑改性剂中,各原料在混炼、挤出、造粒制备条件下的可以发挥协同作用,原料来源丰富,制备方法简单,改性效果优异,消除炭黑粉尘飞扬,环保性好;将所述复合型热解炭黑改性剂应用到沥青混合料中后,可以使复合改性沥青复合料的强度、水稳性、高温稳定性、低温抗裂性等各项性能指标有所提高,满足对高速公路、一级公路的技术要求,具有极强的推广价值。