Кроме устоявшихся решений в виде деревянных и железобетонных шпал 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, уменьшить вес конструкции или решить проблему утилизации отходов.
Основные альтернативные варианты железобетонные шпалы ш 1 1 гост:
1. Полимеркомпозитные шпалы Это один из самых многообещающих вариантов для вытеснения деревянных шпал. Они изготавливаются из отходов производства: пластика после переработки (включая ПЭТ-тару и плёнку), в комбинации с резиновой крошкой от старых шин и минеральными добавками.
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 активно испытывают на подъездных путях промышленных предприятий РЖД. Преимущества: не гниют, не впитывают креозот (экологичнее при производстве и утилизации), диэлектрики, стойки к воздействию химически активных сред и солёной воды, служат до 50 лет. Недостатки: существенно дороже железобетонных аналогов, значительное тепловое расширение, из-за чего летом нужна специальная регулировка креплений, отдельные бюджетные варианты на базе недорогих пластиков могут быть пожароопасны.
2. Шпалы на базе коррозионностойкой стали Используются профильные изделия с увеличенной толщиной стенки, в том числе полые конструкции.
Где применяются: морские терминалы, химические заводы, мостовые переходы, соляные шахты — везде, где железобетон разрушается от коррозии за пару сезонов, а дерево сгнивает. Преимущества: исключительно высокая механическая прочность, ресурс в десятки лет без необходимости ремонта, устойчивость к экстремальным температурам. Недостатки: значительные затраты на сырьё, высокая теплопроводность, провоцирующая образование наледи, повышенный уровень шума при эксплуатации, 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 остатки чугунных решений сохранились в Кронштадте и на заброшенных промышленных ветках Урала.
Преимущества: большая масса гарантировала устойчивость полотна, долговечность. Недостатки: склонность к растрескиванию при ударных нагрузках и низких температурах, запредельная стоимость и масса.
4. Шпалы из лёгких сплавов (алюминий и магний) Экспериментальные разработки. Идея заключалась в снижении веса конструкции для упрощения ручной укладки в труднодоступных районах.
Проблема: алюминий слишком мягкий для прямого контакта с подошвой рельса, он мгновенно деформируется под нагрузкой поезда, решение требует внедрения стальных усилителей, из-за чего выгода по массе исчезает, а стоимость превышает железобетонные аналоги.
5. Шпалы из углепластика (карбона) и стеклопластика Материалы аэрокосмического класса. Существуют в формате единичных опытных элементов.
Потенциал: минимальный вес, невероятная прочность на разрыв, отличные диэлектрические характеристики. Реальность: высокая себестоимость делает массовое применение нерентабельным на ближайшие годы.
6. Шпалы из прессованной натуральной древесины высокой плотности (Lignostone / Azobe) 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), изделия отличаются повышенной прочностью, низкой гигроскопичностью и ресурсом, превосходящим отдельные марки ЖБ-шпал. Используются на немецких железных дорогах (Deutsche Bahn) и в Скандинавии, но в России распространения не получили из-за дороговизны импорта.
7. Арболитовые и газобетонные шпалы Композиции на основе арболита либо ячеистых бетонов.
Статус: тестовые испытания выявили чрезмерную влагопоглощающую способность и недостаточную несущую жёсткость, допустимы лишь как временная мера на малонагруженных и низкоскоростных линиях.
8. Геополимерный бетон Материал, получаемый из промышленных отходов (зола, шлак) с активацией щелочными растворами. По сути это эволюция обычного ж/б. В России такие составы постепенно внедряют в производство ЖБ-изделий как способ уменьшить выбросы CO?, хотя формально геополимер считается отдельным классом материалов.
9. Габионные системы (каменная наброска) Вместо точечных опор используются металлические сетки с каменным наполнением, которые создают непрерывную опорную платформу. Это скорее альтернатива балластному слою и фундаменту, чем самой шпале, 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: повышения качества бетонных смесей, создания новых демпфирующих прокладок и использования новых материалов на второстепенных и промышленных ветках, где экономия на обслуживании компенсирует высокие стартовые затраты.