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 — продлить ресурс железнодорожного полотна, уменьшить вес конструкции или решить проблему утилизации отходов.

Основные альтернативные варианты шпала железобетонная ш-1-1:

1. Полимеркомпозитные шпалы
Это наиболее перспективная замена дереву на текущий момент. Они изготавливаются из вторсырья: пластика после переработки (включая ПЭТ-тару и плёнку), с добавлением крошки из отработанных покрышек и минеральных компонентов.

Особенности: внутри такой шпалы часто находится стальной профиль для придания жёсткости и возможности работы со стандартными креплениями. В России производство подобных шпал наращивают сразу на ряде предприятий, включая «Поликомпозит», их проверяют на практике на объектах промышленной инфраструктуры холдинга.
Преимущества: устойчивы к гниению, не требуют пропитки креозотом, что повышает экологичность жизненного цикла, диэлектрики, стойки к воздействию химически активных сред и солёной воды, имеют ресурс эксплуатации до полувека.
Недостатки: высокая цена по сравнению с бетоном, высокий коэффициент теплового расширения (требует особого режима затяжки скреплений летом), отдельные бюджетные варианты на базе недорогих пластиков могут быть пожароопасны.

2. Шпалы на базе коррозионностойкой стали
Используются профильные изделия с увеличенной толщиной стенки, в том числе полые конструкции.

Где применяются: портовые и промышленные площадки, мосты, объекты в агрессивной среде (в т. ч. солевые производства) — везде, где железобетон разрушается от коррозии за пару сезонов, а дерево сгнивает.
Преимущества: исключительно высокая механическая прочность, долговечность (десятилетия без обслуживания), стабильность характеристик при резких перепадах температур.
Недостатки: очень высокая стоимость металла, высокая теплопроводность, провоцирующая образование наледи, повышенный уровень шума при эксплуатации, необходимость сложной антикоррозийной защиты стыков.

3. Шпалы из чугуна
Материал из прошлого этапа развития железных дорог. Сегодня почти полностью сняты с производства, 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: большая масса гарантировала устойчивость полотна, долговечность.
Недостатки: хрупкость (лопались от ударов и морозов), запредельная стоимость и масса.

4. Конструкции из облегчённых металлических сплавов
Проекты на стадии тестирования. Идея заключалась в снижении веса конструкции для упрощения ручной укладки в труднодоступных районах.

Проблема: алюминий слишком мягкий для прямого контакта с подошвой рельса, он мгновенно деформируется под нагрузкой поезда, 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 аэрокосмического класса. Существуют в формате единичных опытных элементов.

Потенциал: минимальный вес, очень высокая прочность при растяжении, идеальная работа в качестве электроизолятора.
Реальность: высокая себестоимость делает массовое применение нерентабельным на ближайшие годы.

6. Изделия по технологии Lignostone из твёрдых пород
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
Бетон с добавлением древесной щепы (арболит) или газобетон.

Статус: эксперименты показали, что такие шпалы получаются слишком гигроскопичными (впитывают воду) и недостаточно жёсткими для магистральных нагрузок, допустимы лишь как временная мера на малонагруженных и низкоскоростных линиях.

8. Шпалы на основе геополимерного вяжущего
Разновидность искусственного камня, который производится не из традиционного цемента, а из активированной золы уноса ТЭЦ или доменных шлаков. 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 сетчатые контейнеры (габионы), заполненные камнем, которые образуют сплошное основание под насыпью. Это в первую очередь замена традиционной балластной призме и опорным элементам, но технология позволяет полностью отказаться от штучных элементов на слабых грунтах (например, в условиях вечной мерзлоты Ямала).

На сегодняшний день полноценной массовой замены железобетону на главных магистралях нет ни у одного из этих материалов. Индустрия идёт по пути оптимизации уже применяемых решений: улучшения состава бетона, создания новых демпфирующих прокладок и использования новых материалов на второстепенных и промышленных ветках, где экономия на обслуживании компенсирует высокие стартовые затраты.