水泥稳定材料是典型的道路基层材料,按系统论观点和《混凝土结构设计规范》强度等级的规定,其应该属于弱混凝土。长期以来,国内外的研究应用都将水泥稳定材料作为一种独立的水泥基材料,研究思想具有一定的局限性。由于可用水泥稳定的原材料比较广泛,混合料组成方式多样,因此通常的设计方法均以试验为主,但水泥稳定材料配合比设计,试验工作量较大,周期长,也深受人为因素和环境因素影响,配合比设计的准确性以及试验结果的代表性、可比性有待提高,水泥稳定材料的宏观物理力学表现与其微观影响因素及设计改进措施需要深入探讨,在科学研究和工程实践中对常用的水泥稳定材料力学指标的预测需要补充和完善。基于以上问题,本研究按照系统论观点,将水泥稳定材料看做是水泥基材料的子系统,按照水泥混凝土架构理论研究水泥稳定材料,将水泥稳定材料的强度看作是由粗集料、细集料水泥浆(细浆)及中间过渡层共同构成,考虑水泥稳定材料结构层中的微观孔隙是引起力学破坏的重要因素,引入超细粉填充模型(DSP),将原细浆结构扩展为超细粉填充细浆结构;为使种类多元化的水泥稳定材料的力学性能具有可比性,兼顾水泥稳定材料单一影响因素之间的耦合作用,建立了以标准水泥稳定材料、细浆比的偏离、架浆比为主要概念的DSP填充密实骨架物理模型,提出了以水泥剂量、架浆比、细浆比的偏离为基本参数的力学性能数学模型。借鉴沙庆林院士提出的水泥稳定材料粗集料中断级配设计理念,对CBG-20、CBG-16、CBG-13、CBG-10的级配组成计算参数进行了修正,通过对水泥混凝土配合比数据和水泥稳定材料实验数据的统计分析,以及对水泥混凝土的水灰比与水泥稳定材料的最佳含水量的关系换算,得到了水泥稳定材料最佳含水量的试配计算公式,通过干捣实粗集料孔隙率填充法和水泥结碎石孔隙填充法,得到了水泥稳定材料的剩余孔隙,进而得到了理论上超细粉(硅灰)的掺加量,并给出了实际应用超细粉为水泥质量的10%的推荐值,最终形成了架构理论下以试配为主的水泥稳定材料设计方法。为对比标准超细粉填充密实骨架水泥稳定材料与少掺超细粉、不掺超细粉三种水泥稳定材料的微观结构对宏观力学性能的影响,首先进行了无侧限抗压强度试验对比,然后又采用SEM扫描电镜观察了三种样品放大2000倍、5000倍、20000倍的形貌,发现外掺硅灰的混合材料的微观结构最为致密;通过干缩、温缩试验对比,发现掺硅灰的水泥稳定材料的收缩性能优于不掺硅灰的水泥稳定材料;通过数值模拟对掺加超细粉和不掺超细粉的典型路面结构的剪应力、位移与接触力进行了计算,得出掺加超细粉的路面基层结构在受力和变形等方面明显优于不掺超细粉的路面结构。为保证力学试验研究的准确性和高效性,研制了全自动制件、脱模、测强一体化试验机,并给出了精度和工作效率,也为实际工程的试验检测提供了可靠保障;继而对五种类型的超细粉填充密实骨架水泥稳定材料进行了分形研究,发现大于4.75mm以上的部分其分形维数与无侧限抗压强度有明显的线性关系;为明确水泥剂量、架浆比及细浆比的偏离与无侧限抗压强度的关联程度,以试验为基础,采用灰色关联分析法,得到三个主要参数的主次关系为水泥剂量>架浆比>细浆比的偏离;为确定架构理论数学模型的基本参数,通过试验对五种型号水泥稳定材料的抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量与主要影响因素的关系进行了回归,分别得到了不同型号的水泥稳定材料的数学模型;最后以DSP填充水泥稳定建筑废砖、水泥稳定铸造废砂与铁尾矿砂为例,通过试验验证了架构理论设计方法和力学预测模型的正确性,为扩展的架构理论和方法推广到实际应用中奠定了基础。