Физико-химические исследования русской стенописи XVII в. во многом подтвердили сведения о красках и штукатурках этого времени.
Что касается более ранней русской стенописи, то о ней можно судить лишь по проводившимся физико-оптическим и физико-химическим исследованиям.
Такие работы начались в нашей стране в 1930 –1970-е гг. Эти исследования имели двоякую цель – изучить составы грунтов и красок в их временном и географическом диапазонах для более точной атрибуции русской стенописи и применить эти знания при выполнении реставрационных работ. От выявления технологии рос писей зависит правильность подбора реставрационных материалов. Кроме того, информация по технологии нужна была и художникам, которых привлекала фреска как долговечный материал, пригодный даже для фасадных росписей.
Лабораторные исследования древнерусской монументальной живописи, хотя и не были систематическими, дали общее представление об изменениях составов штукатурок на протяжении XII–XVII вв. и об их региональных особенностях.
Как правило, в древности штукатурки наносились на стену не в один слой. Первый служил для выравнивания поверхности кладки, второй (и иногда третий) наносился под роспись.
Наиболее древние штукатурки киевских и новгородских памятников содержали в своем составе толченую красную керамику в различных соотношениях с известью. Эти грунты называются цемяночными. Они имеют светло-розовую окраску разной интенсивности. Такие добавки становились препятствием для усадки извести при высыхании. Кроме того, цемянка придавала водостойкость известковой штукатурке. Такая штукатурка издревле использовалась во внутренней обмазке водохранилищ.
Так, в Софии новгородской штукатурка нижнего слоя (1108) была цемяночная, верхняя – без цемянки, но с добавкой песка и соломы. Песок, как и керамика, противостоял усадке штукатурки и ее растрескиванию, а солома придавала дополнительную пористость, необходимую для фрески. В штукатурке же середины XII в. того же памятника наблюдается уменьшение содержания соломы и появляются волокна льна. Добавка соломы или льна придавала штукатурке легкость, что немаловажно при оштукатуривании сводов.
Цемяночные штукатурки этого времени встречаются также в памятниках Смоленска, Полоцка, Пскова, Старой Ладоги, Старой Рязани.
В то же время в Кидекше, под Суздалем, в церкви Бориса и Глеба (1150-е гг.) была применена штукатурка без цемянки, к тому же тонкая, однослойная, нанесенная на кладку стен из белого камня.
С конца XIII в. и в XIV в. в новгородских памятниках цемянка уже не используется, а в качестве наполнителя применяется песок. В нижних слоях, как правило более толстых, песка больше, чем в верхних. Это наблюдается, например, в церквах Николы