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 — увеличить срок службы пути, уменьшить вес конструкции или найти способ переработки и повторного использования сырья.
Основные альтернативные варианты железобетонные шпалы:
1. Шпалы из полимерного композита Это наиболее перспективная замена дереву на текущий момент. Они изготавливаются из отходов производства: пластика после переработки (включая ПЭТ-тару и плёнку), 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 осваивают несколько заводов (например, «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 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: колоссальная прочность, долговечность (десятилетия без обслуживания), стабильность характеристик при резких перепадах температур. Недостатки: значительные затраты на сырьё, отличная теплопроводность (на них может образовываться наледь), повышенный уровень шума при эксплуатации, необходимость сложной антикоррозийной защиты стыков.
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: склонность к растрескиванию при ударных нагрузках и низких температурах, чрезмерно высокая цена и вес, делающие применение непрактичным.
4. Алюминиево-магниевые шпалы Экспериментальные разработки. Идея заключалась в снижении веса конструкции для упрощения ручной укладки в труднодоступных районах.
Проблема: алюминиевые элементы не выдерживают прямого давления от рельса и быстро теряют форму, 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 только как экспериментальные прототипы и небольшие тестовые секции.
Потенциал: абсолютная лёгкость, невероятная прочность на разрыв, идеальная работа в качестве электроизолятора. Реальность: космическая стоимость производства делает их использование на железной дороге экономически бессмысленным в обозримом будущем.
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: 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 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. Изделия из геополимерных составов Материал, получаемый из промышленных отходов (зола, шлак) с активацией щелочными растворами. 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. Габионные системы (каменная наброска) 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 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, создания новых демпфирующих прокладок и внедрения композитных решений на второстепенных путях, где высокая начальная стоимость окупается отсутствием необходимости тяжёлой механизации при ремонте.