Почему бетонные шпалы лежат под снегом и дождём по 50 лет и не разрушаются: изобретение инженера Николая Долгова
Помните детский стишок:
Рельсы, рельсы, шпалы, шпалы
Ехал поезд запоздалый
Из последнего вагона вдруг посыпалась крупа
Пришли куры...
Как выяснилось из нехитрого детского творчества на железнодорожных путях много кто ошивался, начиная от дворника со слоном и заканчивая директором, который прямо на шпалах купил себе и сыну по автомобилю. Вообще я в детстве очень любил ездить по нашей необъятной на поезде. Лежишь на верхней полке, смотришь на пролетающие в окне деревья, города, разъезды, полустаночки, опускаешь глаза вниз, а там бесконечной лентой тянутся шпалы: деревянные, потом мелькнули бетонные, снова деревянные, опять бетонные.
И, что интересно, никогда не задавался вопросом: а как эти самые шпалы могут выдерживать такие огромные нагрузки? Сами рельсы очень даже не хило весят, по ним снуют махины поездов. А грузовые составы! Это же какой вес должна выдерживать шпала! Между тем лежат они в любую погоду, зимой и летом, под снегом и дождём, палящим солнцем.
И с ними ничего не происходит! НИЧЕГОШЕНЬКИ!
А тут залил у дома площадку из бетона, сам мешал, соблюдал все пропорции, даже с запасом, и через два года одни трещины, сколы, каверны.
Сосед наблюдал за моими дворовыми страданиями с усмешкой: ему заливали заводской особо крепкий бетон, да ещё с фиброволокном. Отдал за заливку двора 114 тысяч. Однако тот простоял всего лишь на 1 год больше моего и тоже канул в небытие.
При этом и я и он, оба обрабатывали бетон специальной гидрофобной пропиткой, которая (в теории) должна была полностью защитить покрытие от осадков, влаги и морозного растрескивания при прохождении через 0. В реальной жизни эта пропитка помогла как мёртвому припарка. В конце - концов оба, я и он, психанули и закрыли свои дворы тротуарной плиткой.
Вспоминая детские поездки на поезде и огромное количество шпал из бетона, которые десятилетия стоят как новенькие, передо мной встал вполне логичный вопрос:
- Почему так? Из чего их делают, что срок службы измеряется десятилетиями и они не разваливаются за 2-3 года?
Как оказалось, ровно этим же вопросом почти 100 лет назад маялся один из известнейших российских инженеров Николай Емельянович Долгов.
Дело в том, что до конца 19 века шпалы во всём мире делали из дерева: сосны, ели и дуба. Еловых шпал хватало на 3-4 года, сосновых на 5 лет, дубовых на 6-7 лет. Для большей сохранности их стали обмазывать битумом, однако это привело к тому, что во время пожаров железнодорожные пути могли выгореть полностью.
Француз Монье, хоть и был садовником, после того, как изобрёл железобетон, первым делом подумал именно о шпалах. Он запатентовал не кашпо, не горшки или мосты, а бетонную шпалу. Увы бетонная шпала Монье хоть и совершила прорыв, увеличив срок службы путей до 10-15 лет, но всё равно не была настолько прочной, как этого бы хотелось инженерам.
Первым, кто пытался решить проблему малого срока службы бетонных шпал был... финский инженер Ольденбергер, который предложил делать шпалы цилиндрическими, то есть полыми внутри. В 1903 году на Финляндской железной дороге такими шпалами обустроили несколько километров пути. Увы, они оказались не то чтобы никакими, а никакущими. После проезда состава некоторые шпалы просто схлопывались, не выдержав нагрузки.
Именно Николай Емельянович Долгов придумал, как сделать бетонные шпалы практически вечными: срок службы бетонных шпал, сделанных по его системе оказался в 10 раз больше, чем у предшественников.
Долгов придумал способ внутреннего натяжения шпал при помощи тонких стальных тросов, которые натягивались специальным устройством внутри опалубки, после чего внутрь подавался раствор. Во время заливки шпалу уплотняли обстукивая её со всех сторон кувалдой.
После застывания шпалы, опалубку снимали, а излишки троса срезали. Получалось, что внутри шпалы находилось 12 напряжённых стальных нитей, которые создавали внутри шпалы напряжение всей конструкции. Застывший бетон как бы стягивался тросами внутрь, что придавало намного большую прочность.
Первый участок путей по системе Долгова был уложен в 1911 году и показал потрясающую эффективность. За 6 дореволюционных лет ни одна шпала на этом участке не пришла в негодность.
Они все были как новые!
Увы, события 1917 года смешали все планы развития ж/д путей, документация об эксперименте была утеряна, а через 2 года умер сам изобретатель. О его системе каким-то невероятным чудом вспомнили в 1957 году, когда встала необходимость переводить хозяйство на мирные рельсы, строить новые заводы, расширять присутствие в Сибири.
Один из научных институтов подтвердил, что предварительно натяжённые шпалы намного более устойчивы к окружающей среде, чем обычные. Однако, один из сотрудников вспомнил, что при Долгове во время заливки тестовых шпал, рабочие долбасили по отливкам кувалдой. Было решено проверить, зачем это делалось, и при проведении экспериментов был установлен ещё один интересный факт:
Оказалось, что вибрации при заливке бетона тоже играют свою роль в его прочности.
Было проведено множество исследований и учёные установили, что максимальную прочность бетонные шпалы приобретают только тогда, когда бетон внутри опалубки дополнительно вибрируют с частотой 1000 колебаний в минуту, то есть 17 Гц (или 17 ударов в секунду). Именно такое, строго определённое число вибраций, убирает из раствора пузырьки воздуха, создаёт упорядоченную структуру не вызывая расслоение раствора.
Открытие Долгова и последующие разработки, проведённые на его основе, стали первым шагом на пути создания практически вечных бетонных шпал. Срок службы бетонных изделий был увеличен до 30 лет. Однако второй и окончательный шаг был сделан чуточку позднее и сопровождался скандалом всесоюзного масштаба.
Но это уже другая история...