На многих железных дорогах во всех странах мира используется огромное количество деревянных шпал, пропитанных креозотом для предотвращения гниения.
Шпалы являются важным элементом пути, но с ростом осевых нагрузок и скорости движения поездов возрастает интенсивность их износа. С 700 млн деревянных шпал на железнодорожных путях Северной Америки ежегодно заменяют около 14 млн. Вследствие того, что все деревянные шпалы обрабатываются креозотом — их использование и утилизация требует больших затрат и наносит вред окружающей среде. Поэтому все большую конкуренцию деревянным шпалам составляют шпалы из альтернативных материалов, в том числе из пластмасс, сообщает журнал для железнодорожников «Railway Supply”
С 1998 года железнодорожные компании США Chicago Transit и Union Pacific Railroad начали испытания
шпал, изготавливаемых из отходов полиэтилена низкого давления высокой плотности. Заинтересованность этих компаний в применении полимерных шпал объясняется тем, что такие конструкции имеют преимущество перед деревянными прежде всего по сроку эксплуатации.
С учетом высокого уровня гниения в областях с жарким и влажным климатом, срок жизни деревянных шпал колеблется от 5 до 15 лет, тогда как пластмасса не гниет, не раскалываются, и некоторые их производители дают 50-летнюю гарантию эксплуатации, обеспечивая преимущество в местах с дорогой прокладкой железнодорожного пути, например, на мостах или транзитных линиях с лимитированным временем для восстановительных работ.
Пластмассовые шпалы имеют больше преимуществ и перед железобетонными. Они могут быть проложены с помощью того же оборудования, что и деревянные, при этом деревянные шпалы могут заменяться пластмассовыми шпалами постепенно. При установке железобетонных шпал требуется совершенно другое оборудование, и балластная подушка должна быть полностью бетонной.
Важным преимуществом применения полимерных шпал является возможность их повторной переработки и использования
Укрепленные пластиковые железнодорожные шпалы изготавливаются десятком небольших компаний, владеющих запатентованными технологиями. Эти компании в течение десятилетия стремились установить стандарты, классифицировать продукты и провести их тестовые испытания. Композитные шпалы весят от 200 до 280 фунтов каждая в зависимости от длины и технологии производства.
Длина шпал для пассажирских перевозок — от 8.5 до 9 футов, для грузовых — от 7 до 9 футов. Лабораторно измеренные показатели прочности и усилий вставки и извлечения для костылей в композитных шпалах в среднем ниже, чем в деревянных. Но рабочие характеристики пластиковых шпал примерно похожи, а износостойкость выше. Кроме того, композитный состав пластмассовых шпал не проводит электричество и не впитывает воду, а также помогает избежать преждевременной коррозии рельсов.
Важным преимуществом применения полимерных шпал является возможность их повторной переработки и использования. Все пластмассовые шпалы содержат по крайней мере 50 процентов вторичного полиэтилена низкого давления высокой плотности. В композитный состав шпал входят и другие вторичные пластмассы, а также стекловолокно, которое увеличивает прочность и долговечность этих железнодорожных изделий. Для рециклинга могут использоваться брикетированный полиэтилен, смесь пластиковых бутылок, высококачественный жесткий пластик и даже ковровые покрытия, включая клееный подкладочный материал.
Для изготовления полимерных шпал применяются стандартные линии с производительностью от 25 до 100 тыс. шпал в год. Компании-производители используют различные технологии производства шпал из композитных материалов, но в основе всех их лежит обработка заранее подготовленной смеси переработанного полиэтилена высокой плотности с наполнителем и добавками в экструдер, который передает подготовленный материал в накопитель, а затем на станцию непрерывного наполнения форм на коллекторе, который вращается.
Здесь с помощью одного из методов литья под давлением с дополнительным впрыском, полимерная смесь подается в закрытые формы с распределительными клапанами, направляющие поток поочередно в два гнезда. Материал в них находится под давлением, и газообразователи предотвращают появление вакуума. Во всех процессах, формы медленно заполняются и медленно остывают. Заполненные пресс-формы от одного до двух часов проходят охлаждение в водяных ваннах, после чего детали вынимаются из формы и охлаждаются воздухом. Большинство процессов требуют большого количества оборудования и долгого простоя этого оборудования для профилактики.
В отличие от деревянных, полимерные шпалы могут изготавливаться с рисунком или рифлением на их поверхностях для обеспечения устойчивости от бокового перемещения в балласте, что доказано исследованиями, проведенными Ассоциацией американских железных дорог. Образование рельефа на поверхности шпал происходит в процессе гидравлического сжатия полуформ.
Качественные деревянные шпалы длиной 24 фута (7,3 метра) изготовить трудно — они склонны к искривлению и изгибам. Пластмассовые же шпалы могут быть сделаны даже длиннее, что обеспечит их применения на пересечении путей и в зоне стрелочных переводов.
Изготовление пластмассовых шпал освоено несколькими фирмами в разных странах. Пока лидерами производства являются американские компании такие как: Plastic Lumber, Polywood Ink. и корпорация TieTek, каждая из которых имеет собственную рецептуру и технологию изготовления пластмассовых шпал.
С 2003 года на железных дорогах как в США, так и в странах Латинской Америки, Азии, в Австралии, Канаде, Англии, Индии проводится массовое тестирование пластмассовых шпал, которое доказывает что они способны с успехом выдерживать нагрузки в более миллиарда тонн.
Пока процент установленных пластмассовых шпал относительно общего объема незначительный, но производители с оптимизмом смотрят в будущее и постепенно увеличивают производственную мощность, строя новые заводы с автоматизированными производственными линиями. Пластмассовые шпалы доказали свои преимущества и перспективность использования на железнодорожных путях.
https://www.railway.supply/plastmassovye-shpaly/
