Кроме устоявшихся решений в виде деревянных и железобетонных шпал в мировой практике (в том числе на тестовых отрезках российских железных дорог) применяются или тестируются альтернативные материалы. Главная цель таких поисков — увеличить срок службы пути, уменьшить вес конструкции или найти способ переработки и повторного использования сырья.

Основные альтернативные варианты деревянные шпалы:

1. Шпалы из полимерного композита Это лидирующее решение на сегодня для замены древесины. Они изготавливаются из вторичного сырья: 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), обладают диэлектрическими свойствами, устойчивы к агрессивным химикатам и морской воде, 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 на базе коррозионностойкой 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) — в местах, где традиционные материалы быстро теряют несущую способность из-за коррозии или гниения. Преимущества: исключительно высокая механическая прочность, ресурс в десятки лет без необходимости ремонта, устойчивость к экстремальным температурам. 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 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: огромный вес обеспечивал неподвижность пути, долговечность. Недостатки: хрупкость (лопались от ударов и морозов), запредельная стоимость и масса.

4. Алюминиево-магниевые шпалы Проекты на стадии тестирования. 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. Карбоновые и стеклопластиковые шпалы Материалы аэрокосмического класса. Существуют лишь в виде лабораторных образцов и коротких испытательных вставок.

Потенциал: минимальный вес, очень высокая прочность при растяжении, отличные диэлектрические характеристики. Реальность: космическая стоимость производства делает их использование на железной дороге экономически бессмысленным в обозримом будущем.

6. Прессованные шпалы из плотной древесины Это скорее особая технология изготовления, чем принципиально новый материал. Слои твёрдой тропической древесины (обычно азобе) склеиваются под огромным давлением синтетическими смолами.

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: тестовые испытания выявили чрезмерную влагопоглощающую способность и недостаточную несущую жёсткость, допустимы лишь как временная мера на малонагруженных и низкоскоростных линиях.

8. Изделия из геополимерных составов 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 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 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: 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.