半柔性路面（SFP）材料是在大空隙沥青混合料中灌注性能优异的水泥砂浆固化结合而形成的一种复合路面材料，由于其承载力高，高温稳定性较好，因此设置为面层能够很好地解决由于沥青混合料高温稳定性不足而导致的如车辙等病害，故而近年来受到广泛关注。但是实际工程中，半柔性材料的开裂问题已成为制约其推广的主要原因，这是由于路面实际受力状态复杂，加之其本身是三相异质材料，且施工时灌浆的质量也难以控制。目前对半柔性材料的开裂性能和机理的认识有限，材料性能的优化常见的是基于宏观试验结果进行的材料比选。半柔性材料的骨架结构能够承受荷载传递应力，阻止微裂纹的拓展，油石比的增大能够增强材料的抗裂性却也影响着水泥砂浆的灌注，对这两个影响其开裂的主要因素的研究目前较少。因此，本文依托高性能土木工程材料国家重点实验室开放基金《半柔性复合路面宏细观结构设计方法研究》，从细观的角度出发，利用数字图像处理技术获取半柔性材料的内部结构组分信息，并以此来研究其内部结构细观指标与材料宏观性能之间的联系，对半柔性材料抗裂性的优化提供新的思路方法，进而为建立考虑微细观结构的半柔性复合路面结构设计体系奠定基础。
　　首先，本文将断裂力学中的断裂能作为评价材料抗裂性的指标，对半柔性材料的组成材料进行对比优选。总结了半圆弯曲试验（SCB）目前国内外的应用情况，并确定了半圆弯曲试验方法为本文的主要试验手段，断裂能为评价抗裂性的宏观指标。试验选择了空隙率25%的大空隙母体沥青混合料，设计制作了5种不同沥青和添加剂组合的半柔性材料，通过将试件置于25℃和-10℃的环境温度下进行试验，分析其破坏形态和过程。结果表明，在温度较低的环境下，半柔性材料断裂时呈现出脆性断裂，这时峰值荷载较高，具有较大的启裂断裂能，在温度较低的环境下拥有更好的抗开裂性能，如使用了高胶沥青的半柔性材料。在室温环境下，半柔性材料粘性变形能力增大，保留了一定的韧性，这时断裂速率缓慢的材料会有较大的拓展断裂能，如添加了界面改性剂和纤维的半柔性材料，在温度较高的环境下抗裂性能更优。
　　其次，本文借助数字图像技术，对半柔性材料骨架结构的接触特征等进行了统计和分析，并以平均配位数作为半柔性材料骨架结构的细观评价指标。结果表明，旋转压实试件内的接触点分布不均匀，中部接触点较多而两端接触点较少；细观指标平均配位数与宏观抗裂性在不同压实次数的条件下有良好的相关性，适当增加压实次数有利于增强半柔性材料骨架结构的稳定性，提高材料的抗裂性；在不同的油石比下，平均配位数随着油石比的增大呈现先增大后减小的趋势，而半柔性材料的断裂能和油石比成正比，油石比为4.4%时的平均配位数最大，但此时宏观抗裂性能并不是最佳的，说明在不同油石比下，以平均配位数来表征半柔性材料骨架结构的稳定性是不合适的。
　　最后，基于数字图像处理技术，考虑半柔性材料中的粗集料、水泥砂浆和空隙这三组分的作用，提出了一种半柔性材料内部结构组分分布均匀性的评价方法，采用5种不同油石比的材料试件，对其均匀性程度进行定量的评价。同时，采用半圆弯曲试验对5种油石比的半柔性材料试件的常温抗裂性和抗疲劳开裂性能进行了评价，并探究宏观抗裂性与细观内部结构均匀性的关系。研究结果表明，基于IMSUSM提出的均匀性程度评价参数可以定量评价半柔性材料试件内部结构的均匀性，半柔性材料内部结构均匀性最佳时，沥青用量适当增加但是对水泥砂浆灌注的负面影响在合理范围内时，能够达到一个沥青用量增加与水泥砂浆灌注效果的平衡，从而改善材料的整体抗裂性能，结合试验结果，建议油石比在 4.4%~4.7%之间选取。