随着我国高等级公路建设事业不断发展,路面设计和施工质量的改善,路面结构整体强度和使用寿命已发生质的改变。然而,由于重载车辆交通量不断增加,特别是车辆超重和超限问题日趋严重,车辙已经成为我国高等级公路沥青路面维修需要面对的主要问题。多年来,国内一直以改性沥青的方式提高沥青混合料路面抵抗永久变形的能力,尝试了几乎所有可能的沥青改性方式后,发现其技术效果并不满意,筑路成本却大幅度提高。因此,迫切需要寻找一种“价廉物美”方法解决重载交通沥青路面的车辙问题。大量的研究和工程实践显示,以大空隙沥青混合料为母体灌注特制的水泥浆体得到的半柔性路面材料具有比沥青混合料更好的抗疲劳性能和更高的抗压、抗剪强度,且成本低廉、施工简便。长期以来,由于其依赖于经验设计、质量不稳定,特别是其潜在的开裂风险限制了半柔性路面材料的广泛应用,仅仅局限于红绿灯或公交站点附近等需要高抗剪强度的应用环境。如果能够针对半柔性路面材料存在的问题开展深入的研究,克服其问题,发挥其潜质,并在此基础上使其成为高等级公路沥青路面结构的抗车辙功能层,其社会与经济效益将是巨大的。鉴于半柔性路面材料存在的主要技术风险是沥青和水泥两类材料变形差异的相容性导致开裂问题,本研究通过半柔性材料的多尺度力学分析,得到大空隙沥青混合料极限应变,据此建立体积稳定型水泥浆体设计指标体系,开发体积稳定型水泥浆体配合比设计方法,修筑实体试验路工程对研究成果进行验证。实体试验路检测和观测效果显示,本研究成果已取得良好的技术经济效果。本研究以半柔性路面材料作为路面抗车辙功能层为主要目标,所开展的主要工作和创新成果概括如下:1)从路面多尺度抗裂角度出发,通过数字图像技术和有限元方法建立半柔性路面材料力学分析模型,得到大空隙沥青混合料极限应变,据此建立体积稳定型水泥浆体设计指标体系。以此为基础,开发的基于力学的半柔性路面材料设计方法(已申报国家发明专利)为推广半柔性路面材料作为沥青路面结构抗车辙功能层奠定了良好的基础。2)分析了水泥浆体积的温度稳定性对半柔性路面材料内部应力水平与分布状态的影响,在确保水泥浆体工作性能(即适当的流动度)和物理力学性能的基础上开展了水泥浆体优化研究,开发了体积稳定型水泥浆体配合比设计方法,推荐的3种体积稳定型水泥浆体配合比均能满足母体沥青混合料对水泥浆体收缩性能的最低要求。3)设计了5种典型路面结构,在考虑温度对材料模量影响的基础上,通过有限元方法分析了路面结构中剪应力分布等路面力学反应,提出路面结构抗车辙功能层的概念,以及半柔性材料作为沥青路面结构抗车辙功能层的技术经济优势。理论分析和试验路结果显示,采用半柔性路面材料作为沥青路面结构抗车辙功能层是可行的,且技术经济效果显著。