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 на Липне (1292), в церкви Спаса на Ковалеве (1380), в церкви Рождества на кладбище (1390-е гг.), церкви Федора Стратилата (1370-е гг.), в церкви Успения на Волотовом поле. В верхних слоях, как правило, с уменьшением песка добавляется лен.
В церкви Спаса на Ильине (1378), где роспись выполнял Феофан Грек, штукатурка имеет три слоя. Нижний слой с небольшой добавкой песка относится к первому оштукатуриванию интерьера. Два других – подготовка под саму роспись. Храм некоторое время стоял оштукатуренный одним слоем, потом по сухой штукатурке была сделана насечка и нанесен второй слой с большим количеством песка, затем третий – с добавкой небольшого количества песка и со льном – под роспись.
В Пскове, в соборе Мирожского монастыря (ок. 1140 г.), как и в других памятниках этого времени, в обоих слоях штукатурки содержится цемянка. В соборе Снетогорского монастыря (1313) в нижнем слое в качестве добавки – песок, в верхнем – только известь и лен. В Мелётовском храме (1463) цемянка со льном встречается в нижнем слое, в извести среднего слоя – цемянка, песок и лен, верхний же слой под роспись, тонкий, содержит известь почти без добавок.
В начале XV в. в Успенском соборе Владимира, в соборе Спас-Андроникова монастыря в Москве, в церкви Успения на Городке в Звенигороде, везде, где работал Андрей Рублев, штукатурки содержат добавки льна практически без песка в качестве наполнителя.
Звенигородская штукатурка, изученная более подробно, имеет в своем составе вместо песка толченый белый камень, лен, волоски конопли и клей животного происхождения. В Благовещенском соборе Московского Кремля в нижнем слое штукатурки вновь встречается цемянка – продолжение псковской традиции, поскольку храм строили псковичи. Но цемянки нет в слое штукатурки под роспись (сер. XVI в.). Так соединились псковская и московская традиции.
В XVI в. в памятниках московского и владимирского круга цемянка уже не встречается, в извести используется только лен. Это можно видеть и в соборе Ферапонтова монастыря (роспись 1502 г., Дионисий) и в Покровском храме Александровской слободы (сер. XVI в.), и в Смоленском соборе Новодевичьего монастыря (1525 г., роспись – конец XVI в.).
В XVII в., как показали и письменные источники, и исследования, штукатурки имеют лишь добавки льна.
К сожалению, аналитические исследования древнерусских штукатурок пока все еще незначительны. Вместе со штукатурками исследовались и краски на наличие связующего. Анализы подтвердили, что древнерусские росписи делались в смешанной технике – сначала по сырой штукатурке, а затем дорабатывались темперными красками.
Присутствие связующих в красках найдено, например, во фрагментах Богоявленского собора (XII в.) Старой Рязани (компоненты желтка), Богоявленского собора (XIV в.) Москвы, в соборе Рождества Богородицы Ферапонтова монастыря (1502).
Надежность фрески обеспечивается применением близких по физическим и химическим свойствам материалов. Для кладки стен использовались белый камень (известняк), кирпич, гашеная известь в качестве кладочного раствора, штукатурка – гашеная известь с наполнителями, краски и пигменты, химически соединенные со штукатуркой. Все эти материалы (сер. XVI в.) пористые, они пропускают через себя влагу, попадающую на поверхность стен, и влагу, идущую из стены, а вода является одним из важнейших факторов, влияющих на состояние росписи.
На поверхности стен в помещениях влага образуется в виде конденсата, осаждаясь из воздуха на холодную поверхность стены. В сами стены вода может поступать и снаружи, при попадании на них дождя или при капиллярном подсосе из почвы. В последнем случае вода может подниматься по капиллярам до 2–3 м. Это естественные процессы проникновения воды в стены. Фресковая живопись, имея пористую структуру, в некоторых пределах пропускает через себя мигрирующую воду.
На основе аналитических исследований и письменных источников XVI–XVII вв. просматривается эволюция техники древнерусской стенописи. Менялись составы штукатурки от цемяночных к известково-песчаным и чисто известковым. Техника письма все больше приближалась к яичной темпере начала XVIII в., которая на протяжении XVIII в. постепенно заменялась клеевой, а затем и масляной живописью.
Клеевая живопись