半刚性基层具有强度高、刚度大,承载能力高和稳定性好等特点,但在实际应用中会发生很多病害,主要表现为收缩开裂和疲劳破坏。究其原因,作为一种多相复合材料的水泥稳定碎石,容易因为混合料内部胶凝材料和集料的分布不均匀产生薄弱结合面,在荷载和环境耦合作用下产生局部损坏,最终发展为整体性破坏。本文在水泥稳定碎石多级分散体系和非匀质特性基础上,分析了材料开裂破坏机理,提出了改善混合料均匀性和界面状态的理想结构组成—“砂浆裹附填充、悬浮骨架密实结构”。为了实现该状态,提出了改善多级分散体系性能的分层次设计思想,以及为减少界面缺陷提出的包含水泥砂浆和水泥稳定碎石混合料设计的两阶段设计方法,据此推荐混合料一级富余系数为1.2,二级富余系数为1.45,并对设计得到的混合料进行评价。首先,量化评价了新拌胶凝材料和集料分布均匀性,对集料级配进行分形表征,采用分形偏差值对级配变异性进行评价。按照推荐设计方法,胶凝材料和级配变异系数分别减小19.2%和17.6%;其次,从力学性能、收缩性能和疲劳性能对混合料的综合性能进行了研究,发现混合料性能均得到不同程度的改善;最后,通过SEM-EDS和显微硬度,从界面特性、微观生成物角度对界面过渡区进行了分析。结果表明,该设计方法得到的混合料微观结构相对致密、缺陷较少,过渡区厚度减小约27.3%,显微硬度提高约13.8%,揭示了混合料性能提升的微观机理。综上所述,研究分析了水泥稳定类材料组成特点及开裂破坏机理,提出的砂浆裹附填充、悬浮骨架密实结构,改善了混合料均匀性和界面状态,材料性能均得到不同程度提升,为减少低胶凝物质混合料组成缺陷和改善抗裂性能提供了参考。