Наряду с классическими материалами — деревом и железобетоном в мировой практике (в том числе на тестовых отрезках российских железных дорог) 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 стоимость железобетонных шпал:
1. Полимеркомпозитные шпалы Это наиболее перспективная замена дереву на текущий момент. Они изготавливаются из вторсырья: пластика после переработки (включая ПЭТ-тару и плёнку), в комбинации с резиновой крошкой от старых шин и минеральными добавками.
Особенности: внутри такой шпалы часто находится стальной профиль для придания жёсткости и возможности работы со стандартными креплениями. В России производство подобных шпал осваивают несколько заводов (например, «Поликомпозит»), их тестируют в реальных условиях на промышленных ветках и подъездных путях РЖД. Преимущества: устойчивы к гниению, не требуют пропитки креозотом, что повышает экологичность жизненного цикла, диэлектрики, стойки к воздействию химически активных сред и солёной воды, имеют ресурс эксплуатации до полувека. Недостатки: существенно дороже железобетонных аналогов, высокий коэффициент теплового расширения (требует особого режима затяжки скреплений летом), горючесть некоторых видов дешёвого пластика.
2. Шпалы из нержавеющей стали Используются специальные толстостенные профили, иногда пустотелые.
Где применяются: портовые и промышленные площадки, мосты, объекты в агрессивной среде (в т. ч. солевые производства) — 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, отличная теплопроводность (на них может образовываться наледь), шумность, требуется тщательная защита соединений от коррозии.
3. Шпалы из чугуна Исторический материал. Сегодня практически не производятся, 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), чрезмерно высокая цена и вес, делающие применение непрактичным.
4. Шпалы из лёгких сплавов (алюминий и магний) 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 применяемые в высокотехнологичных отраслях. Существуют только как экспериментальные прототипы и небольшие тестовые секции.
Потенциал: минимальный вес, невероятная прочность на разрыв, отличные диэлектрические характеристики. Реальность: высокая себестоимость делает массовое применение нерентабельным на ближайшие годы.
6. Изделия по технологии Lignostone из твёрдых пород Это не совсем другой материал, а способ обработки. Заготовки из плотной тропической породы (чаще всего азобе) соединяют при высоком давлении с применением полимерных связующих.
Результат: материал приобретает сверхвысокую плотность, превышающую плотность воды, изделия отличаются повышенной прочностью, низкой гигроскопичностью и ресурсом, превосходящим отдельные марки ЖБ-шпал. Используются на сети Deutsche Bahn и железных дорогах северных европейских стран, но в России не прижились из-за высокой стоимости ввозимого сырья.
7. Арболитовые и газобетонные шпалы Бетон с добавлением древесной щепы (арболит) или газобетон.
Статус: эксперименты показали, что такие шпалы получаются слишком гигроскопичными (впитывают воду) и недостаточно жёсткими для магистральных нагрузок, могут применяться только как временное решение на узкоколейках с минимальной скоростью движения.
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 эволюция обычного ж/б. В России такие составы постепенно внедряют в производство ЖБ-изделий как способ уменьшить выбросы CO?, хотя технически это самостоятельный тип вяжущего.
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 исключить применение отдельных шпал на нестабильных основаниях, включая районы вечной мерлости.
На сегодняшний день ни один из альтернативных материалов не способен полноценно заменить железобетон на основных линиях сети. Индустрия идёт по пути совершенствования существующих технологий: улучшения состава бетона, создания новых демпфирующих прокладок и внедрения композитных решений на второстепенных путях, где высокая начальная стоимость окупается отсутствием необходимости тяжёлой механизации при ремонте.