Помимо традиционных дерева и железобетона 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 решить проблему утилизации отходов.
Основные альтернативные варианты шпала деревянная тип 1:
1. Композитные шпалы на полимерной основе 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 активно испытывают на подъездных путях промышленных предприятий РЖД. Преимущества: устойчивы к гниению, не впитывают креозот (экологичнее при производстве и утилизации), диэлектрики, устойчивы к агрессивным химикатам и морской воде, 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 специальные толстостенные профили, иногда пустотелые.
Где применяются: портовые и промышленные площадки, мосты, объекты в агрессивной среде (в т. ч. солевые производства) — 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: очень высокая стоимость металла, отличная теплопроводность (на них может образовываться наледь), шумность, требуется тщательная защита соединений от коррозии.
3. Чугунные и чугунолитые шпалы Исторический материал. Сегодня почти полностью сняты с производства, но встречаются в качестве экспонатов и на сохранившихся исторических линиях. 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, чрезмерно высокая цена и вес, делающие применение непрактичным.
4. Шпалы из лёгких сплавов (алюминий и магний) Опытные образцы. Идея заключалась в уменьшении массы для облегчения монтажа там, где тяжёлая техника недоступна.
Проблема: алюминиевые элементы не выдерживают прямого давления от рельса и быстро теряют форму, решение требует внедрения стальных усилителей, из-за чего выгода по массе исчезает, а стоимость превышает железобетонные аналоги.
5. Изделия из композитов аэрокосмического класса Материалы применяемые в высокотехнологичных отраслях. Существуют лишь в виде лабораторных образцов и коротких испытательных вставок.
Потенциал: абсолютная лёгкость, невероятная прочность на разрыв, отличные диэлектрические характеристики. Реальность: высокая себестоимость делает массовое применение нерентабельным на ближайшие годы.
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: материал приобретает сверхвысокую плотность, превышающую плотность воды, такие шпалы прочнее дуба, почти не впитывают влагу и могут служить дольше низкосортного железобетона. Используются на сети Deutsche Bahn и железных дорогах северных европейских стран, но в России распространения не получили из-за дороговизны импорта.
7. Арболитовые и газобетонные шпалы Композиции на основе арболита либо ячеистых бетонов.
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. Геополимерный бетон 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. Сетчатые каменные модули Вместо точечных опор используются металлические сетки с каменным наполнением, которые образуют сплошное основание под насыпью. Это скорее альтернатива балластному слою и фундаменту, чем самой шпале, но технология позволяет полностью отказаться от штучных элементов на слабых грунтах (например, в условиях вечной мерзлоты Ямала).
На сегодняшний день ни один из альтернативных материалов не способен полноценно заменить железобетон на основных линиях сети. Индустрия идёт по пути оптимизации уже применяемых решений: улучшения состава бетона, разработки более эффективных амортизирующих элементов и внедрения композитных решений на второстепенных путях, где высокая начальная стоимость окупается отсутствием необходимости тяжёлой механизации при ремонте.