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 — увеличить срок службы пути, уменьшить вес конструкции или решить проблему утилизации отходов.
Основные альтернативные варианты деревянные шпалы:
1. Композитные шпалы на полимерной основе Это лидирующее решение на сегодня для замены древесины. Они изготавливаются из вторсырья: переработанного пластика (ПЭТ-бутылки, упаковочная плёнка), 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), обладают диэлектрическими свойствами, устойчивы к агрессивным химикатам и морской воде, имеют ресурс эксплуатации до полувека. Недостатки: существенно дороже железобетонных аналогов, значительное тепловое расширение, из-за чего летом нужна специальная регулировка креплений, горючесть некоторых видов дешёвого пластика.
2. Шпалы из нержавеющей стали Используются толстостенные стальные профили, в ряде случаев — с пустотами.
Где применяются: портовые и промышленные площадки, мосты, объекты в агрессивной среде (в т. ч. солевые производства) — на объектах с экстремально агрессивными условиями, где обычные шпалы служат считанные сезоны. Преимущества: колоссальная прочность, ресурс в десятки лет без необходимости ремонта, стабильность характеристик при резких перепадах температур. Недостатки: значительные затраты на сырьё, отличная теплопроводность (на них может образовываться наледь), шумность, 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: хрупкость (лопались от ударов и морозов), запредельная стоимость и масса.
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, 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 в формате единичных опытных элементов.
Потенциал: минимальный вес, невероятная прочность на разрыв, идеальная работа в качестве электроизолятора. 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: 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. 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, могут применяться только как временное решение на узкоколейках с минимальной скоростью движения.
8. Геополимерный бетон 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 уже начинают применять вместо портландцемента при производстве стандартных железобетонных шпал для снижения углеродного следа, хотя технически это самостоятельный тип вяжущего.
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 исключить применение отдельных шпал на нестабильных основаниях, включая районы вечной мерлости.
На сегодняшний день полноценной массовой замены железобетону на главных магистралях нет ни у одного из этих материалов. 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.