Пластмасові шпали

На багатьох залізничних шляхах у всіх країнах світу використовується величезна кількість дерев’яних шпал, просочених креозотом для запобігання гниття.

Шпали є важливим елементом колії, але із зростанням осьових навантажень і швидкості руху потягів зростає інтенсивність їх зносу. З 700 млн дерев’яних шпал на залізничних шляхах Північної Америки щороку замінюють близько 14 млн. Внаслідок того, що усі дерев’яні шпали обробляються креозотом – їх використання та утилізація потребують великих витрат та наносять шкоду навколишньому середовищу. Тому все більшу конкуренцію дерев’я-
ним складають шпали з альтернативних матеріалів, у тому числі з пластмас.

Пластмасові шпали

З 1998 року провідні залізничні компанії США Chicago Transit і Union Pacific Railroad розпочали випробування
шпал, що виготовляються з відходів поліетилену низького тиску високої щільності. Зацікавленість цих компаній в застосуванні полімерних шпал пояснюється тим, що такі конструкції мають перевагу перед дерев’яними передусім по терміну експлуатації.

З урахуванням високого рівня гниття в областях з спекотним та вологим кліматом, термін життя дерев’яних шпал коливається від 5 до 15 років, тоді як пластмасові не гниють, не розколюються, і деякі їх виробники дають 50-річну
гарантію експлуатації, що особливо забезпечує перевагу в місцях з вартісним прокладанням залізничної колії, наприклад, на мостах або транзитних лініях з лімітованим часом для відновлювальних робіт.

Складені пластмасові шпали мають великі переваги і перед залізобетонними. Вони можуть бути прокладені за допомогою того ж устаткування, що і дерев’яні, при цьому дерев’яні шпали можуть замінюватися складеними пластмасовими шпалами поступово. А встановлення залізобетонних шпал вимагає абсолютно іншого устаткування, і баластна подушка має бути повністю бетонною.

Важливою перевагою застосування полімерних шпал є можливість їх повторної переробки і використання

Укріплені пластикові залізничні шпали виготовляються десятком невеликих компаній, що володіють запатентованими технологіями. Ці компанії упродовж десятиліття прагнули встановити стандарти, класифікувати продукти і провести їх тестові випробування. Складені шпали важать від 200 до 280 фунтів кожна залежно від довжини і технології виробництва.

Довжина шпал для пасажирських перевезень – від 8.5 до 9 футів, для вантажних – від 7 до 9 футів. Лабораторно виміряні показники міцності і зусиль вставки і витягання для костилів в складених шпалах загалом нижче, ніж в дерев’яних. Але робочі характеристики пластикових шпал приблизно схожі, а зносостійкість вища. Крім того, композитний склад пластмасових шпал не проводить електрику і не вбирає воду, а також допомагає уникнути передчасної корозії рейок.

Важливою перевагою застосування полімерних шпал є можливість їх повторної переробки і використання. Усі пластмасові шпали містять принаймні 50 відсотків вторинного поліетилену низького тиску високої щільності. До композитного складу шпал входять і інші вторинні пластмаси, а також скловолокно, яке збільшує міцність і довговічність цих залізничних виробів. Для рециклінгу можуть використовуватися брикетований поліетилен, суміш пластикових пляшок, високоякісний жорсткий пластик і навіть килимові покриття, включаючи клеєний підкладковий матеріал.

Для виготовлення полімерних шпал застосовуються стандартні лінії з продуктивністю від 25 до 100 тис. шпал на рік.
Компанії-виробники використовують різні технології виробництва шпал з композитних матеріалів, але в основі усіх їх лежить обробка заздалегідь підготовленої суміші непромитого переробленого поліетилену високої щільності з наповнювачем і добавками в двошнековому екструдері, який передає підготовлений матеріал в накопичувач, а потім на станцію безперервного наповнення форм на колекторі, що обертається.

Пластмасові шпали

Тут за допомогою одного з методів литва під тиском з додатковим уприскуванням полімерна суміш подається в закриті форми з розподільними клапанами, що направляють потік по черзі в два гнізда. Матеріал в них знаходиться під тиском, і газоутворювачі запобігають появі вакууму. В усіх процесах форми повільно заповнюються і повільно остигають. Заповнені прес-форми від однієї до двох годин проходять охолодження у водяних ваннах, після чого деталі виймаються з форми і охолоджуються повітрям. Більшість процесів вимагають великої кількості устаткування і довгого простою цього устаткування для профілактики.

На відміну від дерев’яних, полімерні шпали можуть виготовлятися з малюнком або рифленням на їх поверхнях для забезпечення стійкості від бічного переміщення у баласті, що доведено дослідженнями, проведеними Асоціацією американських залізниць.

Утворення рельєфу на поверхні шпал відбувається в процесі гідравлічного здавлення півформ, заповнених екструдатом.

Якісні дерев’яні шпали завдовжки 24 фути (7,3 метра) отримувати важко – вони схильні до викривлення і вигину. Пластмасові ж шпали можуть бути зроблені навіть довшими, що забезпечить їх застосування на перехрещенні шляхів і в зоні стрілочних переводів.

Виготовлення пластмасових шпал освоєне декількома фірмами в різних країнах. Поки лідерами виробництва є американські компанії такі як: Plastic Lumber, Polywood Ink. і корпорація TieTek, кожна з яких має власну рецептуру та технологію виготовлення пластмасових шпал.

З 2003 року на залізницях як в США, так і в країнах Латинської Америки, Азії, в Австралії, Канаді, Англії, Індії проводиться масове тестування пластмасових шпал, яке доводить що вони здатні з успіхом витримувати навантаження у більше мільярда тонн.

Поки що відсоток встановлених пластмасових шпал відносно загального обсягу є незначним, але виробники з оптимізмом дивляться у майбутнє та поступово збільшують виробничу потужність, будуючи нові заводи з автоматизованими виробничими лініями. Пластмасові шпали довели свої переваги та перспективність використання на залізничних шляхах, тож або ми декілька років спостерігатимемо поступовий розвиток цього ринку, або станемо свідками прориву в заміні дерев’яних шпал на пластмасові.

Тарас Рейка

Залізничний журнал “Railway Supply”

По темі:

Експлуатація композитних шпал SICUT на коліях Європи