Кроме устоявшихся решений в виде деревянных и железобетонных шпал в мировой практике (в том числе в рамках пилотных проектов на сети РЖД) применяются или тестируются нетрадиционные материалы. Главная цель таких поисков — продлить ресурс железнодорожного полотна, снизить его массу или найти способ переработки и повторного использования сырья.
Основные альтернативные варианты шпалы для жд путей:
1. Шпалы из полимерного композита Это наиболее перспективная замена дереву на текущий момент. Они изготавливаются из вторсырья: переработанного пластика (ПЭТ-бутылки, упаковочная плёнка), с добавлением крошки из отработанных покрышек и минеральных компонентов.
Особенности: для прочности и совместимости с привычными креплениями внутрь интегрируют стальной элемент. В России производство подобных шпал наращивают сразу на ряде предприятий, включая «Поликомпозит», их тестируют в реальных условиях на промышленных ветках и подъездных путях РЖД. Преимущества: не гниют, не требуют пропитки креозотом, что повышает экологичность жизненного цикла, обладают диэлектрическими свойствами, стойки к воздействию химически активных сред и солёной воды, имеют ресурс эксплуатации до полувека. Недостатки: высокая цена по сравнению с бетоном, высокий коэффициент теплового расширения (требует особого режима затяжки скреплений летом), горючесть некоторых видов дешёвого пластика.
2. Шпалы из нержавеющей стали Используются профильные изделия с увеличенной толщиной стенки, в том числе полые конструкции.
Где применяются: морские терминалы, химические заводы, мостовые переходы, соляные шахты — в местах, где традиционные материалы быстро теряют несущую способность из-за коррозии или гниения. Преимущества: колоссальная прочность, ресурс в десятки лет без необходимости ремонта, стабильность характеристик при резких перепадах температур. Недостатки: очень высокая стоимость металла, высокая теплопроводность, провоцирующая образование наледи, шумность, необходимость сложной антикоррозийной защиты стыков.
3. Литые чугунные шпалы Материал из прошлого этапа развития железных дорог. Сегодня почти полностью сняты с производства, но сохранились на музейных участках и старинных ветках Европы. В России фрагменты путей на чугунных плитах можно встретить в Кронштадте или на старых заводских территориях Урала.
Преимущества: огромный вес обеспечивал неподвижность пути, долговечность. Недостатки: хрупкость (лопались от ударов и морозов), запредельная стоимость и масса.
4. Конструкции из облегчённых металлических сплавов Опытные образцы. Идея заключалась в сокращении веса ради возможности ручной установки в сложных условиях.
Проблема: алюминий слишком мягкий для прямого контакта с подошвой рельса, он мгновенно деформируется под нагрузкой поезда, чтобы этого избежать, конструкцию приходится сильно усложнять, добавляя стальные вставки, что сводит на нет всю экономию веса и делает продукт дороже бетона.
5. Изделия из композитов аэрокосмического класса Материалы аэрокосмического класса. Существуют в формате единичных опытных элементов.
Потенциал: абсолютная лёгкость, очень высокая прочность при растяжении, отличные диэлектрические характеристики. Реальность: космическая стоимость производства делает их использование на железной дороге экономически бессмысленным в обозримом будущем.
6. Прессованные шпалы из плотной древесины Это скорее особая технология изготовления, чем принципиально новый материал. Заготовки из плотной тропической породы (чаще всего азобе) соединяют при высоком давлении с применением полимерных связующих.
Результат: плотность материала становится выше плотности воды (он тонет), такие шпалы прочнее дуба, почти не впитывают влагу и могут служить дольше низкосортного железобетона. Используются на немецких железных дорогах (Deutsche Bahn) и в Скандинавии, но в России не прижились из-за высокой стоимости ввозимого сырья.
7. Изделия на базе лёгких бетонов Композиции на основе арболита либо ячеистых бетонов.
Статус: эксперименты показали, что такие шпалы получаются слишком гигроскопичными (впитывают воду) и недостаточно жёсткими для магистральных нагрузок, допустимы лишь как временная мера на малонагруженных и низкоскоростных линиях.
8. Шпалы на основе геополимерного вяжущего Разновидность искусственного камня, который производится не из традиционного цемента, а из активированной золы уноса ТЭЦ или доменных шлаков. По сути это развитие технологии железобетона с иной сырьевой базой. В России такие составы постепенно внедряют в производство ЖБ-изделий как способ уменьшить выбросы CO?, хотя формально геополимер считается отдельным классом материалов.
9. Габионы в основании пути Вместо точечных опор используются сетчатые контейнеры (габионы), заполненные камнем, которые образуют сплошное основание под насыпью. Это в первую очередь замена традиционной балластной призме и опорным элементам, но технология позволяет полностью отказаться от штучных элементов на слабых грунтах (например, в условиях вечной мерзлоты Ямала).
На сегодняшний день полноценной массовой замены железобетону на главных магистралях нет ни у одного из этих материалов. Индустрия идёт по пути совершенствования существующих технологий: повышения качества бетонных смесей, разработки более эффективных амортизирующих элементов и использования новых материалов на второстепенных и промышленных ветках, где экономия на обслуживании компенсирует высокие стартовые затраты.