Композитные шпалы для РЖД вызывают вопросы специалистов. Использование пластика для железной дороги ограничивают климат и нагрузки

Сегодня на российских железных дорогах в разной степени применяется четыре вида шпал. Деревянные (производят из цельной сосны, лиственницы, кедра или березы) и железобетонные (они состоят из натянутых струн арматуры, залитых бетоном), которые широко используют при строительстве новых железных дорог, несмотря на их очевидную неэкологичность. Применяют на российских дорогах и металлические шпалы, пусть и редко, что объяснимо: они быстро ржавеют и создают большой шум при движении поездов.

Композитные шпалы во всём мире считаются альтернативным вариантом деревянным и железобетонным. В Японии, Китае или США ими оснащают железные дороги с 1990-х годов. Там это имеет экономический эффект, так как дерево гораздо дороже, чем в России. У нас же композитные шпалы почти не применяют, хотя в наличии есть и отечественные разработки, и небольшой опыт. Первые поезда прошли по железной дороге, оснащённой такими шпалами, в 2019 году: на них положили рельсы наземного перегона Бутовской линии от «Улицы Скобелевская» до «Улицы Горчакова».

Спустя год полимерными шпалами оборудован ещё один наземный перегон московского метро, расположенный между станциями «Измайловская» и «Партизанская», однако до массового оснащения подземки дело не дошло.

«Композитными шпалами усилены пути на наземных перегонах Арбатско-Покровской линии метро, на Бутовской линии. Такие шпалы экологичнее железобетонных и деревянных и служат втрое дольше», — рассказал Vgudok эколог Максим Шингаркин.

Массового применения композитных шпал в московском метрополитене не наблюдается.  В столичном Департаменте транспорта и в ОАО «РЖД» на вопрос, когда начнётся внедрение композитных шпал, репортёру Vgudok не ответили.

Изобретено и испытано

В связи с отсутствием массового спроса композитные шпалы не наблюдается и их массового производства, хотя разрабатывать таковые начали на базе нескольких частных и государственных предприятий в России много лет назад. Например, с 2012 года полимерные шпалы изучают и испытывают на базе одного из научных центров ОАО «РЖД»: ВНИИЖТ.

Научные сотрудники этого института проанализировали ряд технологий производства полимерных шпал из пластиковых отходов, стеклопластика и песка, в 2016 году провели испытания таковых на экспериментальном железнодорожном кольце в Щербинке. В процессе композитные шпалы укладывали в рельсошпальную решётку и в колею размером 1530 мм вместе с традиционными деревянными, и затем сравнивали характеристики по сопротивляемости шпального бруска к погодным условиям и его устойчивости к деформации и способности удержать шпальные шурупы.

Результаты испытаний показали, что композитные шпалы прочнее деревянных и деформировались в 1,5 раза реже аналогов. Во ВНИИЖТ от комментариев своих исследований отказались. Другие эксперты говорят, что такими качествами пластиковые шпалы обязаны полимерным плёнкам разной толщины, которые в процессе подготовки компостировались, перемешивались с другими природными компонентами, например, с песком.

«В состав композитных полимерных шпал, как правило, входит резиновая крошка, минеральные наполнители, армирующие нити стекловолокна, некоторые «секретные» добавки. Связующим является вторичный пластик, который скрепляет всю эту смесь. «В качестве пластика в основном идёт ПНД (Россия), но пробуют делать шпалы из отверждаемой полиуретановой смолы со стекловолокном (Япония, Китай), из СВМПЭ (сверхвысокомолекулярного ПЭ — в Италии, Швейцарии, Германии).

Резина придаёт упругость, минеральные наполнители (песок, гравий, зольная пыль, мелко дроблёное стекло) — твёрдость, армирующие стекловолокна — прочность, жёсткость, ударостойкость.

Соотношение — примерно 50% пластика, остальное — наполнители, армирование.

Прочность во многом зависит от вида армирования, их 3 вида сейчас: короткие резаные стекловолокна хаотически расположенные, продольно расположенные и продольно-поперечно», — рассказал Vgudok Равиль Фехретдинов, директор по R&D компании «ЭкоТехнологии» (ГК EcoPartners).

Производители шпал говорят, что опытным путём выясняли, какие компоненты стоит использовать для производства полимерных шпал, чтобы придать им гибкости, необходимой для защиты шпалы от деформации грунта зимой, когда почва насыщается влагой, промерзает, увеличивается в объёме и уменьшается при оттаивании. Такие почвы, которые по-научному называют пучинистыми, могут деформировать шпалу очень быстро.

«Мы специально добавляли в наши опытные образцы именно опилки, которые придавали конечному продукту вязкости. Затем компостировали, загружали общую массу в плавительно-нагревательный аппарат  и обрабатывали его под воздействием высокой температуры. На выходе у нас получалась смесь, сильно напоминающая пластилин, которую затем мы помещали в пресс-формы, где за счёт горячего прессования получалась долговечная полимерная шпала», — говорит руководитель и сооснователь бренда NeoКомпозит Максим Коротовскиx.

Круче дерева — хуже железобетона

Композитные шпалы эффективнее деревянных, но уступают железобетонным по стоимости и техническим характеристикам, говорят эксперты. Например, композитные шпалы из служат более 50 лет, что вчетверо дольше деревянной, технология их производства даёт десятилетний гарантийный срок эксплуатации, они выдерживают как высокие, так и низкие температуры от +60 до -60 С. Они экологичны и могут быть переработаны снова, их не нужно обрабатывать креозотом.

Однако наряду с преимуществами у них есть и недостатки. В процессе производства пластиковых композитных шпал сырьё смешивается, расплавляется и перемешивается, чтобы создать гомогенную смесь, которая затем выдавливается в формы. После заполнения форм начинается процесс охлаждения, и в течение этого периода существует высокая вероятность образования пустот внутри материалов. И лишь этим список не ограничивается.

«Если в шпале будут отсутствовать минеральные наполнители, армирование и резиновая крошка, возможна низкая ударопрочность (модуль Юнга), особенно при минусовых температурах. И необходимо исключать из композиции отходы ПП, также уменьшающие ударостойкость. Возможны проблемы с болтовыми скреплениями (путевыми шурупами) шпал, как у ж/б, возможно, будет требоваться периодическая их подтяжка. Композитные шпалы имеют ограниченные показатели прочности и жёсткости, а также низкие динамические свойства», — говорит Равиль Фехретдинов, директор по R&D компании «ЭкоТехнологии» (ГК EcoPartners).

К недостаткам композитных шпал опрошенные эксперты относят и их высокую стоимость.

«Железобетонная шпала имеет срок службы до 50 лет, композитной свыше 50 лет. То есть данный показатель выше на 5–10%. Цена же у композитной шпалы выше на 30%», — рассказал президент Национального исследовательского центра перевозок и инфраструктуры Павел Иванкин.

Высокая себестоимость и сложность производства — далеко не все ограничивающие внедрение в серийное производство композитных шпал.

Ещё одной причиной является отсутствие в их производстве и применении заинтересованности и поддержки производителей со стороны государства и крупных компаний, на чьих производственных площадках есть железнодорожные пути, отмечают эксперты.

«Мы изобрели и запатентовали по всем правилам наш опытный образец полимерной шпалы, и предложили его ОАО «РЖД», но столкнулись с такой бюрократией и необходимостью десятков согласований, что отложили проект до лучших времён, сосредоточились на производстве других продуктов. Мы без претензий к компаниям. Надеюсь, когда-нибудь наши вложения окупятся», — говорит руководитель и сооснователь бренда NeoКомпозит Максим Коротовскиx.

В перспективе композитные шпалы займут свою нишу в промышленности и будут применяться при строительстве железных дорог, считают эксперты. Это вопрос времени, вот только сроки уточнить пока никто не берётся.

«Например, их будут применять при прокладывании путей в метро. Несмотря на то, что во многих странах мирах уже используются композитные шпалы различных производителей, их широкое применение на российских железных дорогах пока только начинается», — резюмирует президент Национального исследовательского центра перевозок и инфраструктуры Павел Иванкин.

Хотите получать актуальный, компетентный и полезный контент в режиме 24/7/365 — подписывайтесь на новый Telegram-канал медиаплатформы ВГУДОК — @Vgudok.PRO

Анна Героева